WO2021233526A1 - Heat exchanger device, method for operating a heat exchanger device, and method for producing a heat exchanger device - Google Patents
Heat exchanger device, method for operating a heat exchanger device, and method for producing a heat exchanger device Download PDFInfo
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Definitions
- Heat transfer device Method for operating a heat transfer device and method for producing a
- the present invention relates to a heat transfer device, in particular a solar radiation receiver device.
- Heat transfer devices in particular solar radiation receiver devices, are known, for example, from DE 10 2014 106 320 A1 and DE 10 2010 062 367 A1.
- the present invention is based on the object of providing a heat transfer device, in particular a solar radiation receiver device, which can be produced simply and inexpensively and which in particular has a high degree of efficiency and an extended shelf life.
- this object is achieved by a heat transfer device, in particular a solar radiation receiver device, with the features of claim 1.
- the heat transfer device in particular the solar radiation receiver device, preferably comprises the following: a heating chamber which comprises a wall and an interior space surrounded by the wall; a rotary drive device; a supply device for supplying a heat transfer medium to the interior of the heating chamber, the heating chamber being rotatable about an axis of rotation by means of the rotary drive device in such a way that the heat transfer medium can be guided along an inside of the wall of the heating chamber with the formation of a heat transfer medium film, wherein the heating chamber comprises a support body and an inner container which comprises the wall.
- the heating chamber is in particular a heating drum.
- the inner container is arranged in particular in the support body.
- the support body surrounds the inner container in a radia len direction.
- the inner container has, for example, a diameter in the range from approximately 1.4 m to approximately 2 m, for example approximately 1.6 m.
- a radial direction is understood in particular to be a direction perpendicular to the axis of rotation.
- the support body is preferably an outer jacket of the heating chamber.
- the interior is in particular vice ben from the wall of the inner container.
- the inner container is preferably an inner jacket, in particular a so-called “inliner”, of the heating chamber.
- the heat transfer device is a solar radiation receiver device
- this can in particular be used as a tower receiver which the solar radiation receiver device is arranged on a tower at a distance from a floor (based on the direction of gravity).
- the heat transfer medium comprises or is formed from particles or particles, for example particles or particles made of sintered bauxite.
- the particles or particles preferably have an average particle diameter of about 250 ⁇ m to about 1.8 mm.
- the wall of the inner container has a mean roughness in the range from approximately 0.5 times an average particle diameter of the particles or particles to approximately 1.0 times an average particle diameter of the particles or particles.
- the wall of the inner container has an average roughness in the range from approximately 0.5 times an average particle diameter of the particles or particles to approximately 1.0 times an average particle diameter of the particles or particles.
- a heat transfer medium film is preferably formed which, perpendicular to the axis of rotation, in a radial direction has a thickness in the range from approximately a simple average particle diameter of the particles or particles to approximately three times the average particle diameter of the particles or particles.
- the heat transfer medium there is preferably no agglomeration of particles or particles up to at least approximately 800 ° C., in particular up to at least approximately 1,000 ° C..
- the particles or particles preferably have a high sphericity, in particular greater than approximately 0.8, in particular greater than approximately 0.9.
- the particles or particles are preferably resistant to thermal shock.
- a heat transfer medium film can be formed on the wall due to centrifugal forces caused by the rotation of the heating chamber.
- the heat transfer device is a solar radiation receiver device
- the heating chamber is acted upon by solar radiation, for example, and the heat transfer medium is heated.
- the heat transfer medium is heated with an electric radiant heater.
- the heating chamber By rotating the heating chamber at a correspondingly rapid rate, it can be achieved that centrifugal forces press the heat transfer medium against the wall, thereby increasing the adhesion to the wall. This in turn allows the particular residence time of the heat transfer medium in the heating chamber to be increased. Furthermore, the heat transfer medium can thereby receive a tangential speed. As a result, the heat transfer medium loss (that is, the passage of heat transfer medium without sufficient heating in the heating chamber) can preferably be reduced, since the heat transfer medium is displaced outwards against the wall. With a tangential speed, in particular, temperature compensation can also be achieved in the circumferential direction, since, for example, different zones are repeatedly traversed by the heat transfer medium in the circumferential direction. This preferably gives a more homogeneous temperature distribution when the heat transfer medium emerges from the heating chamber. In particular, the speed is selected to be so high that an optically dense or approximately dense heat transfer medium film is produced over the entire circumference of the wall.
- the residence time of the heat transfer medium in the interior can be increased.
- the efficiency of the heat exchanger device can preferably be increased.
- Temperature gradients in the heat transfer medium film can preferably be compensated for and a more homogeneous temperature distribution can thereby be achieved.
- a controlled adaptation of the heat exchanger device can in particular also take place, for example in partial load operation or full load operation.
- a heat transfer device can be used, for example, to generate electricity.
- heated heat transfer medium can be used to generate steam, which is used to drive a steam turbine of a power plant, for example a solar thermal power plant.
- the heat transfer device according to the invention is preferably also suitable for the transfer of process heat to industrial processes at high temperatures, for example in a foundry, a steelworks, a cement factory and / or in a chemical plant. It can be beneficial if heated heat transfer medium gives off heat to the respective industrial process.
- Heated heat transfer medium can preferably be stored in a simple manner. In particular, a demand-driven provision of services can then take place.
- an angle between the axis of rotation and the direction of gravity and the speed of rotation of the heating chamber are preferably adapted to one another.
- Properties of the heat transfer medium and the wall and in particular the frictional properties can also be included in the adaptation. For example, if a heat transfer device according to the invention is used in conjunction with a heliostat field, then the angle between the axis of rotation and the direction of gravity is usually specified. If the type of heat transfer medium and the wall is specified, then the heat transfer medium film can be generated by appropriate selection or setting and optionally also variable setting of the rotational speed (or rotational speed).
- the heating chamber has a coupling-in area for the heat transfer medium and a coupling-out area for the heat transfer medium.
- the coupling-in area is, for example, in relation to the direction of gravity above the coupling-out area.
- Cold heat transfer medium is coupled in at the coupling-in area and "hot” heat transfer medium heated by solar radiation is coupled out at the coupling-out area.
- the heat transfer medium is passed through the heating chamber in the direction of gravity.
- the heat transfer medium is guided in the heating chamber against the direction of gravity, that is, the heat transfer medium is coupled in at the bottom of the heating chamber in relation to the direction of gravity and is decoupled at the top in relation to the direction of gravity.
- This can be achieved in particular by a combination of vibration and rotation with the appropriate rotational speed and, if necessary, appropriate wall design (in particular via an inclined wall).
- the heating chamber comprises a rotary coupling device by means of which the inner container is rotatably coupled to the support body.
- the rotary drive device comprises one or more rotary drive elements, by means of which the support body can be set in rotation about the axis of rotation.
- One or more rotary drive elements of the rotary drive device preferably drive the support body directly.
- the inner container can also be set in rotation due to a rotational coupling of the same with the support body by setting the support body in rotation about the axis of rotation.
- the rotary coupling device comprises a first rotary coupling section and / or one or more further rotary coupling sections, the inner container being rotatably coupled to the support body by means of the rotary coupling sections of the rotary coupling device.
- the rotary coupling device comprises a first rotary coupling section and two further rotary coupling sections.
- the inner container is supported on the support body in the direction of gravity by means of the first rotary coupling section.
- the inner container is supported on the support body by means of the first rotary coupling section, in particular in an axial direction.
- a force component acting parallel to the axis of rotation and / or in the axial direction of the weight force acting on the inner container is absorbed in particular by means of the first rotary coupling section.
- Rotary coupling elements of the first rotary coupling section arranged on the support body form in the axial direction in particular an abutment for rotary coupling elements arranged on the inner container of the first rotary coupling section.
- an axial direction is understood to mean, in particular, a direction running parallel to the axis of rotation of the heating chamber.
- the first rotary coupling section is arranged in the direction of gravity above the one or more further rotary coupling sections.
- the first rotary coupling section is arranged in the direction of gravity below the one or more further rotary coupling sections.
- the first rotary coupling section and / or the one or more further rotary coupling sections each have one or more rotary coupling elements which are arranged on the support body and one or more rotary coupling elements which are arranged on the inner container, include.
- Rotary coupling elements arranged on the support body are in particular rotary coupling elements on the support body.
- Rotary coupling elements on the support body side are preferably fixed on the support body, for example screwed to it.
- Rotary coupling elements arranged on the inner container are in particular rotary coupling elements on the inner container side.
- Rotary coupling elements on the inner container side are preferably fixed directly or indirectly to the inner container, for example screwed to it.
- first rotary coupling section and / or the one or more further rotary coupling sections each comprise 3 to 9 rotary coupling elements, which are arranged on the support body, and 3 to 9 rotary coupling elements, which are arranged on the inner container.
- the first rotary coupling section and / or the one or more further rotary coupling sections each comprise 5 rotary coupling elements, which are arranged on the support body, and 5 rotary coupling elements each, which are arranged on the inner container.
- Rotary coupling elements of a respective rotary coupling section are preferably evenly distributed over a circumference of the heating chamber is arranged before.
- a rotary coupling element which is arranged on the inner container is assigned to each rotary coupling element which is arranged on the support body.
- rotary coupling elements which are arranged on the inner container are each fixed on a support ring.
- Rotary coupling elements fixed on a respective support ring are screwed to the support ring, for example.
- a roundness of the inner container can preferably be ensured by means of one or more support rings.
- rotary coupling elements which are arranged on the support body are fixed on the latter.
- Rotary coupling elements fixed on the support body are screwed to the support body, for example.
- the inner container is supported on one or more rotary coupling elements of the first rotary coupling section, which are arranged on the support body, by means of one or more rotary coupling elements of the first rotary coupling section, which are arranged on the inner container.
- the first rotary coupling section preferably forms an axial fixed bearing.
- rotary coupling elements of the one or more further rotary coupling sections, which are arranged on the inner container can be displaced in an axial direction relative to rotary coupling elements of the one or more further rotary coupling sections, which are arranged on the support body are.
- the inner container is supported in the axial direction by means of the rotary coupling elements of the one or more further rotary coupling sections which are arranged on the inner container, not on the rotary coupling elements of the one or more further rotary coupling sections which are arranged on the support body.
- the one or more further rotary coupling sections preferably form an axial floating bearing.
- free axial thermal expansion of the inner container can be made possible by means of the one or more further rotary coupling sections.
- rotary coupling elements of the rotary coupling sections which are arranged on the inner container, can be displaced in a radial direction relative to rotary coupling elements of the rotary coupling sections, which are arranged on the support body.
- the first rotary coupling section and the one or more further rotary coupling sections form, in particular, a radial floating bearing.
- free radial thermal expansion of the inner container can be made possible by means of the first rotary coupling section and the one or more further rotary coupling sections.
- free axial thermal expansion and / or by free radial thermal expansion of the inner container a uniform deformation of the inner container due to thermal expansion can preferably be made possible during operation of the heat transfer device.
- the inner container can be prevented from bulging.
- a uniform deformation of the inner container due to thermal expansion can in particular ensure a uniform distribution of the heat transfer medium during operation of the heat transfer device.
- local hotspots can be prevented, which can lead to the inner container burning through, for example.
- the first rotary coupling section and / or the one or more further rotary coupling sections each comprise one or more radial stop elements, which allow a radial displacement of the rotary coupling elements, which are arranged on the inner container, relative to the rotation coupling elements, which are arranged on the support body, limit.
- a radial stop element is integrated in the rotary coupling elements arranged on the support body and / or in the rotary coupling elements arranged on the inner container of a respective rotary coupling section. It can be advantageous if the radial stop elements are arranged and / or aligned in such a way that a radial displacement of the rotary coupling elements, which are arranged on the inner container, relative to the rotary coupling elements, which are arranged on the support body, only when a maximum Operating temperature of the heat exchanger device is limited.
- rotary coupling elements of the one or more further rotary coupling sections arranged on the inner container each comprise two guide surfaces, with a rotary coupling element arranged on the support body of the one or more further rotary coupling sections being guided between the two guide surfaces.
- rotary coupling elements of the one or more further rotary coupling sections arranged on the inner container each comprise two guide surfaces, between which a rotary coupling element of the one or more further rotary coupling sections arranged on the support body is arranged, jamming of the rotary coupling elements due to Thermal expansion can be prevented.
- the two guide surfaces of a respective rotary coupling element of the one or more further rotary coupling sections are arranged parallel to one another and / or parallel to an axial direction and / or parallel to a radial direction.
- rotary coupling elements of the first rotary coupling section arranged on the inner container each comprise two guide surfaces, a rotary coupling element of the first rotary coupling section arranged on the support body being guided between the two guide surfaces.
- the guide surfaces of the rotary coupling elements of the first rotary coupling section and / or the guide surfaces of the rotary coupling elements of the one or more further rotary coupling sections are preferably of substantially planar design.
- the two guide surfaces of a respective rotary coupling element of the first rotary coupling section are arranged parallel to one another and / or parallel to a radial direction.
- Such an arrangement of the two guide surfaces of a respective rotary coupling element of the first rotary coupling section can preferably enable rotary coupling elements of the rotary coupling sections which are arranged on the inner container to be displaced in a radial direction relative to rotary coupling elements of the rotary coupling sections which are arranged on the support body .
- a respective rotary coupling element which is arranged on the support body comprises a guide element which is positioned between the two guide surfaces of a respective rotary coupling element arranged on the inner container protrudes.
- a guide element of a respective rotary coupling element arranged on the support body is in particular an inner guide element.
- the two guide surfaces of a respective rotary coupling element arranged on the inner container form, in particular, an outer guide element.
- the guide element of a respective rotary coupling element arranged on the support body is preferably convex on its sides facing the guide surfaces.
- the guide element of the respective rotary coupling element arranged on the support body is essentially spherical.
- one or more rotary coupling elements arranged on the inner container each comprise an axial stop element for one or more rotary coupling elements arranged on the support body.
- the axial stop element of a respective rotary coupling element of the first rotary coupling section which is arranged on the inner container, comprises two support surfaces.
- a respective support surface of the axial stop element of a respective rotary coupling element of the first rotary coupling section arranged on the inner container is essentially flat.
- an angle between a plane in which a guide surface of a respective rotary coupling element of the first rotary coupling section is arranged and a plane in which a support surface of the respective rotary coupling element of the first rotary coupling section is arranged adjacent to the guide surface is greater than an angle between the axial direction and the direction of a resulting force vector of the axial force acting on the rotary coupling element and the radial force acting on the rotary coupling element.
- the guide surfaces and the support surfaces of a respective rotary coupling element of the first rotary coupling section are arranged symmetrically to a plane spanned by the axis of rotation and a radial direction.
- the support body and / or the inner container are formed essentially as a hollow cylinder.
- the support body and / or the inner container have a circular cross-section perpendicular to the axis of rotation.
- the inner container preferably has a constant material thickness.
- a material thickness of the inner container is in the range of approximately 1 mm to approximately 3 mm, for example in the range of approximately 2 mm.
- the inner container comprises or is formed from a high temperature-resistant material, for example a metallic material, a ceramic material or a fiber-reinforced ceramic material.
- the high-temperature-resistant material of the inner container is, for example, a high-temperature alloy.
- the support body comprises or is formed from a metallic material, a ceramic material or a fiber-reinforced plastic material.
- the support body is a metal tube.
- the heating chamber comprises one or more support rings for supporting the inner container.
- the one or more support rings are designed to be closed in the shape of a ring.
- the one or more support rings are preferably formed from the same material as the inner container.
- the one or more support rings are fixed on the réellebefeldl ter.
- the one or more support rings are preferably arranged radially outside of the inner container.
- the one or more support rings have a U-shaped cross section.
- the support body of the heating chamber is a structural component. It can be favorable if the support body has an average wall thickness in the range from approximately 3 mm to approximately 20 mm.
- the heating chamber comprises an insulation material which is arranged between the support body and the inner container.
- the heating chamber has a gap between the support body and the inner container, in which the insulation material is arranged.
- An insulation layer made of the insulation material is preferably arranged on the support body, in particular fixed on it.
- the insulation material preferably covers an inner surface of the support body facing the inner container essentially completely.
- an insulation material arranged between the support body and the inner container is fixed to the support body.
- the insulation material arranged between the support body and the inner container is in particular not connected to the inner container.
- the insulation material is not directly attached to the inner container.
- the insulation material comprises a first insulation material, for example glass wool, silicate wool or an aluminum oxide fiber, and / or that the insulation material comprises a second insulation material, for example a nanoporous insulation material.
- the first and the second insulation material are in particular different from one another.
- the second insulation material has, in particular, a lower thermal conductivity than the first insulation material.
- a mechanical load on the insulation material can preferably be reduced by arranging the insulation material on the support body, for example a mechanical load due to flexing movements.
- a mechanical load on the insulation material can be reduced by reducing the mechanical load on the insulation material, the durability and / or service life of the insulation material can be extended.
- the axis of rotation is arranged relative to the direction of gravity at an angle in the range from approximately 15 ° to approximately 60 °, preferably in the range from approximately 30 ° to approximately 45 °.
- the present invention further relates to a method for operating a heat exchanger device, in particular a solar radiation receiver device, preferably a heat exchanger device according to the invention, with the features of claim 31.
- the method for operating a heat exchanger device preferably comprises the following:
- a heating chamber of the heat exchanger device Rotation of a heating chamber of the heat exchanger device about an axis of rotation by means of a rotary drive device, a support body of the heating chamber being able to be set in rotation about the axis of rotation by means of the rotary drive device, an inner container of the heating chamber being rotatably coupled to the support body by means of a rotary coupling device of the heating chamber.
- rotary coupling elements of a first rotary coupling section of the rotary coupling device arranged on the inner container each comprise two guide surfaces, with a rotary coupling element of the first rotary coupling section arranged on the support body being guided between the two guide surfaces and on each other when the heating chamber rotates about the axis of rotation, is alternately supported on the two guide surfaces.
- one or more rotary coupling elements arranged on the inner container of a first rotary coupling section of the rotary coupling device each comprise an axial stop element for one or more rotary coupling elements arranged on the support body, the axial stop element of a respective on the inner container arranged rotary coupling element of the first Drehkopplungsab section comprises two support surfaces, wherein a rotary coupling element arranged on the support body of the first rotary coupling portion is supported alternately on the two support surfaces when the heating chamber rotates about the axis of rotation.
- the rotary coupling elements of one or more further rotary coupling sections of the rotary coupling device arranged on the inner container to each comprise two guide surfaces, with a rotary coupling element arranged on the support body of the one or more further rotary coupling sections between the two guide surfaces is guided and is supported alternately on the two guide surfaces when the heating chamber rotates about the axis of rotation.
- the present invention also relates to a method for producing a heat exchanger device, in particular a solar radiation receiver device, preferably a heat exchanger device according to the invention.
- the present invention is therefore based on the further object of providing a heat exchanger device, in particular a solar radiation receiver device, preferably a heat exchanger device according to the invention, which can be produced easily and inexpensively and which in particular has a high degree of efficiency and an extended shelf life.
- the method preferably comprises:
- the method according to the invention for producing a heat exchanger device preferably has one or more of the features and / or advantages described in connection with the heat exchanger device according to the invention.
- the heat transfer device according to the invention preferably has one or more of the features and / or advantages described in connection with the method according to the invention for producing a heat transfer device.
- rotary coupling elements on the support body side are fixed on the support body, with rotary coupling elements on the inner container side being fixed on the inner container.
- a rotary coupling element on the inner container side is preferably assigned to each rotary coupling element on the support body side.
- rotary coupling elements which are arranged on the inner container are arranged on the inner container via an opening in the support body.
- a respective opening in the support body, via which a rotary coupling element is arranged on the inner container, is preferably closed when a rotary coupling element is arranged on the support body.
- a respective opening arranged in the support body, via which a rotary coupling element is arranged on the inner container, is preferably arranged in a lateral surface of the support body.
- an insulation material is arranged on the support body before the inner container is arranged in the support body.
- Support body on an inner surface of the inner container facing the inner container
- Support body is set.
- FIG. 1 shows a schematic representation of the mode of operation of a solar thermal power plant
- FIG. 2 is a schematic perspective illustration of a heat transfer device which can be used as a solar radiation receiver device of the solar thermal power plant from FIG. 1;
- FIG. 2 is a schematic perspective illustration of a heat transfer device which can be used as a solar radiation receiver device of the solar thermal power plant from FIG. 1;
- FIG. 3 shows a detail of a schematic top view of the heat transfer device from FIG. 2 when looking in the direction of arrow 3 in FIG. 2;
- FIG. 4 shows a schematic section through the heat transfer device from FIG. 2 along the line IV-IV in FIG. 3;
- FIG. 5 shows an enlarged illustration of the area V in FIG. 4;
- FIG. 6 shows a schematic perspective illustration of part of the heat transfer device from FIG. 2 from the rear;
- FIG. 7 shows a schematic perspective illustration of a heating chamber of the heat transfer device from FIG. 2;
- FIG. 8 is a schematic front view of the heating chamber from FIG. 7;
- FIG. 9 shows a schematic perspective illustration of rotary coupling elements of a first rotary coupling section of a rotary coupling device of the heat transfer device;
- Fig. 10 is a schematic exploded view of the rotary coupling elements from Fig. 9;
- FIG. 11 shows a schematic section through the rotary coupling elements of the first rotary coupling section from FIG. 9 during a load in a downward movement;
- FIG. 12 shows a schematic section through the rotary coupling elements of the first rotary coupling section from FIG. 9 with a load in an upward movement
- FIG. 13 shows a schematic perspective illustration of rotary coupling elements of a further rotary coupling section of a rotary coupling device of the heat transfer device
- FIG. 14 shows a schematic exploded view of the rotary coupling elements from FIG. 13;
- FIG. 15 shows a schematic section through the rotary coupling elements of the further rotary coupling section from FIG. 13;
- Support body of the heating chamber from Figure 7 arranged rotary coupling element
- An exemplary embodiment of a solar thermal power plant which is shown schematically in FIG. 1 and denoted there by 100, comprises in particular a heliostat field 102 with a plurality of heliostats 104.
- a heliostat 104 preferably comprises a mirror surface 106 which can be aligned about at least two axes.
- Solar radiation 108 can be directed, in particular bundled, onto a solar radiation receiver device 110 via the mirror surfaces 106 of the heliostat field 102. Solar radiation directed onto the solar radiation receiver device 110 is indicated in FIG. 1 with the reference number 112.
- the solar thermal power plant 100 comprises (at least) one tower receiver 114, in which the solar radiation receiver device 110 is arranged in particular on a tower 116 at a distance from a floor 118 (in relation to the direction of gravity G), that is to say elevated.
- the heliostats 104 are preferably also arranged on the floor 118.
- the solar radiation receiver device 110 is in particular a particle solar radiation receiver device to be described which is operated with particles as a heat transfer medium.
- the solar thermal power plant 100 comprises a first circuit 120, which is a particle circuit.
- the first circuit 120 particles are passed through a heat exchanger 122.
- the first circuit 120 has a high-temperature branch 124 and a low-temperature branch 126.
- the low-temperature branch 126 leads from an output 128 of the heat exchanger 122 to an input 130 of the (particle) solar radiation receiver device 110.
- the high-temperature branch 124 leads from an output 132 of the solar radiation receiver device 110 to an input 134 of the heat exchanger 122 126 of the solar radiation receiver device 110 feed and are heated there by solar radiation. Heated particles can be fed to the heat exchanger 122 via the high-temperature branch 124 and can there give off heat to a second circuit 136.
- a heat store 138 (low temperature heat store) is arranged in the low-temperature branch 126.
- a heat store 140 (high-temperature heat store) to be arranged in the high-temperature branch 124.
- the second circuit 136 is a turbine circuit.
- a turbine 142 in particular a steam turbine, which is coupled to an electrical generator 144 for generating electrical energy, is arranged in it.
- the second circuit 136 comprises a high-temperature branch 146 which leads from an outlet 148 of the heat exchanger 122 to the turbine 142.
- the second circuit 136 further comprises a low-temperature branch 150, which leads from the turbine 142 or a condenser 152 connected downstream of the turbine to an input 154 of the heat exchanger 122.
- a pump 156 in particular, is arranged, which pumps a fluid through the second circuit 136.
- the fluid of the second circuit 136 (in particular water) is heated at the heat exchanger 122 and steam is generated as a result.
- This steam is fed to the turbine 142 via the high-temperature branch 146 and expanded therein.
- the thermal energy is converted into mechanical energy, which drives the electrical generator 144 to generate electricity.
- the steam is expanded and finally condenses on the condenser 152 to form water.
- This condensate is returned in the low-temperature branch 150 to the heat exchanger 122 for renewed generation of steam.
- the embodiment shown shows a single-stage turbine arrangement. It is also possible for the turbine arrangement to be multi-stage.
- a solar radiation receiver device 110 it is also possible, for example, for a solar radiation receiver device 110 to be used to generate process heat or to bring about chemical conversions or to produce fuels. Other applications are also conceivable.
- the basic structure of a solar radiation receiver device 110 is known from DE 10 2010 062 367 A1 and from DE 10 2014 106 320 A1, to which reference is hereby made explicitly and the content of which is hereby made the subject of this application by reference.
- the solar thermal power plant 100 shown in FIG. 1 is preferably operated with a solar radiation receiver device 110, which is designed in accordance with the heat transfer device 158 shown in FIGS. 2 to 14.
- the heat transfer device 158 preferably comprises a heating chamber 160.
- the heat transfer device 158 preferably further comprises a rotary drive device 162 and a supply device 164 for supplying a heat transfer medium, not shown in the drawings, to an interior space of the heating chamber 160 that is yet to be described.
- the heating chamber 160 preferably comprises a support body 166 and an inner container 168, which is arranged in particular in the support body 166 and which comprises a wall 170.
- the support body 166 is preferably an outer jacket 172 of the heating chamber 160.
- the support body 166 of the heating chamber 160 is preferably part of a structural component.
- the inner container 168 is preferably an inner jacket 174, in particular a so-called “inliner”, of the heating chamber 160.
- the wall 170 in particular surrounds the interior 176 of the heating chamber 160.
- the heating chamber 160 is preferably rotatable about an axis of rotation 178 by means of the rotary drive device 162 in such a way that the heat transfer medium can be guided along an inside of the wall 168 of the heating chamber 160 with the formation of a heat transfer medium film (not shown in the drawing).
- the rotary drive device 162 preferably comprises one or more rotary drive elements, by means of which the support body 166 can be set in rotation about the axis of rotation 178.
- One or more rotary drive elements of the rotary drive device 162 preferably drive the support body 166 directly.
- the axis of rotation 178 is preferably arranged relative to the direction of gravity G at an angle in the range from approximately 15 ° to approximately 60 °, preferably in the range from approximately 30 ° to approximately 45 °.
- the inner container 168 has, for example, a diameter 180 in the range from approximately 1.4 m to approximately 2 m, for example approximately 1.6 m.
- the support body 166 and the inner container 168 are preferably formed essentially as a hollow cylinder.
- the support body 166 and the inner container 168 preferably have a circular cross-section perpendicular to the axis of rotation 178.
- the inner container 166 preferably has a constant material thickness.
- a material thickness of the inner container 168 is in the range from approximately 1 mm to approximately 3 mm, for example in the range of approximately 2 mm.
- the inner container 168 preferably comprises or is formed from a high-temperature-resistant material, for example a metallic material, a ceramic material or a fiber-reinforced ceramic material.
- the high-temperature-resistant material of the inner container 168 is, for example, a high-temperature alloy.
- the support body 166 comprises a metallic material, a ceramic material or a fiber-reinforced plastic material or is formed from this.
- the support body 166 is a metal tube.
- the support body 166 has an average wall thickness in the range from approximately 3 mm to approximately 20 mm.
- a lower end 182 of the heating chamber 160 with respect to the direction of gravity G is in particular designed to be open, so that an inlet opening 184 of the heating chamber 160 is formed.
- Solar radiation 112 can enter the interior 176 of the heating chamber 160 through this inlet opening 184. Due to the rotation of the heating chamber 160 about the axis of rotation 178, the heat transfer medium spreads on the wall 170 and thereby forms a heat transfer medium film.
- the heating chamber 160 has a coupling-in area 186 for the heat transfer medium and a coupling-out area 188 for the heat transfer medium.
- the coupling-in area 186 is preferably above the coupling-out area 188.
- “cold” heat transfer medium is coupled in at the coupling-in region 186 and “hot” heat-transfer medium is coupled out at the coupling-out region 188.
- the heat transfer medium is passed through the heating chamber 160 in particular in the direction of gravity G and is preferably transported, in particular conveyed, from an upper end 190 in the direction of gravity G to the lower end 182.
- the heat transfer medium comprises or is formed from particles or particles, for example particles or particles made of sintered bauxite.
- the particles or particles preferably have an average particle diameter of about 250 ⁇ m to about 1.8 mm.
- the wall 168 of the inner container has a mean roughness value in the range from approximately 0.5 times an average particle diameter of the particles or particles to approximately 1.0 times an average particle diameter of the particles or particles. It can also be favorable if the wall of the inner container 166 has an average roughness in the range from approximately 0.5 times an average particle diameter of the particles or particles to approximately 1.0 times an average particle diameter of the particles or particles.
- a heat transfer medium film is preferably formed which, perpendicular to the axis of rotation 178 in a radial direction 192, has a thickness in the range from approximately a simple average particle diameter of the particles or particles to approximately three times the average particle diameter of the particles or particles.
- the heat transfer medium there is preferably no agglomeration of particles or particles up to at least approximately 800 ° C., in particular up to at least approximately 1,000 ° C..
- the particles or particles preferably have a high sphericity, in particular greater than approximately 0.8, in particular greater than approximately 0.9.
- the particles or particles are preferably resistant to thermal shock.
- the residence time of the heat transfer medium in the heating chamber 160 can be increased.
- the heat transfer medium can thereby preferably receive a tangential velocity. This makes it possible in particular to reduce the loss of heat transfer medium (i.e. the passage of heat transfer medium without Reduce sufficient heating in the heating chamber 160), since the heat transfer medium is shifted to the outside against the wall 170.
- a temperature compensation can preferably also be achieved in the circumferential direction by means of a tangential speed, since, for example, different zones are repeatedly traversed by the heat transfer medium in the circumferential direction. In this way, a more homogeneous temperature distribution is preferably obtained when the heat transfer medium emerges from the heating chamber 160.
- the speed is selected to be so high that an optically dense or approximately dense heat transfer medium film is produced over the entire circumference of the wall 170.
- the residence time of the heat transfer medium in the interior can be increased.
- the efficiency of the heat transfer device 158 can preferably be increased.
- the angle between the axis of rotation 178 and the direction of gravity G and the speed of rotation of the heating chamber 160 are preferably adapted to one another.
- Properties of the heat transfer medium and the wall 168, and in particular the friction properties, can also be included in the adaptation.
- the heating chamber 160 of the heat transfer device 158 shown in FIGS. 2 to 16 preferably comprises a rotary coupling device 194, by means of which the inner container 168 is rotatably coupled to the support body 166.
- the inner container 168 can also be set into rotation about the axis of rotation 178 due to a rotational coupling of the same to the support body 166 by setting the support body 166 in rotation about the axis of rotation 178.
- the rotary coupling device 194 preferably comprises a first rotary coupling section 196 and two further rotary coupling sections 198.
- the inner container 168 is preferably rotatably coupled to the support body 166 by means of the rotary coupling sections 196, 198 of the rotary coupling device 194.
- the first rotary coupling section 196 is preferably arranged in the direction of gravity G above the two further rotary coupling sections 198.
- the first rotary coupling section 196 and the two further rotary coupling sections 198 preferably each comprise a plurality of rotary coupling elements 200 which are arranged on the support body 166 and a plurality of rotary coupling elements 202 which are arranged on the inner container 168.
- Rotary coupling elements 200 arranged on the support body 166 are, in particular, rotary coupling elements 204 on the support body side.
- Rotary coupling elements 204 on the support body side are preferably fixed to the support body 166, for example screwed to it.
- Rotary coupling elements 202 arranged on the inner container 168 are in particular rotary coupling elements 206 on the inner container side.
- Rotary coupling elements 206 on the inner container side are preferably fixed directly or indirectly to the inner container 168, for example screwed to it.
- rotary coupling elements 202 which are arranged on the inner container 168, are each firmly attached to a support ring 208.
- Rotary coupling elements 202 fixed on a respective support ring 208 are screwed to the support ring 208, for example.
- a roundness of the inner container 168 can preferably be ensured by means of one or more support rings 208.
- the heating chamber 160 comprises, for example, three support rings 208 for supporting the inner container 166, a support ring 208 preferably being assigned to each rotary coupling section 196, 198.
- the support rings 208 are designed to be closed in an annular manner and, in particular, are made of the same material as the inner container 168.
- the support rings 208 have, for example, a U-shaped cross section.
- the support rings 208 are preferably fixed on the inner container 168 and, in particular, are arranged radially outside the inner container 168.
- the first rotary coupling section 196 comprises, for example, four rotary coupling elements 200 which are arranged on the support body 166 and four rotary coupling elements 202 which are arranged on the inner container 168.
- the two further rotary coupling sections 202 each comprise five rotary coupling elements 200 which are arranged on the support body 166, and furthermore each comprise five rotary coupling elements 202 which are arranged on the inner container 168.
- a rotary coupling element 200 which is arranged on the support body 166, is preferably assigned a rotary coupling element 202, which is arranged on the inner container 168.
- the rotary coupling elements 200, 202 of the rotary coupling sections 196, 198 are preferably arranged in a uniformly distributed manner over a circumference of the heating chamber 160.
- all of the rotary coupling elements 200, 202 of a respective rotary coupling section 196, 198 are arranged essentially at the same height in relation to an axial direction 210.
- the inner container 168 is preferably supported on the support body 166 in the direction of gravity G by means of the first rotary coupling section 196.
- the inner container 168 is supported in particular by means of the rotary coupling elements 202 of the first rotary coupling section 196, which are arranged on the inner container 168, on the rotary coupling elements 200 of the first rotary coupling section 196, which are arranged on the support body 166.
- the inner container 168 is supported by means of the first rotary coupling section 196 on the support body 166, in particular in the axial direction 210.
- a force component of the weight acting on the inner container 168 acting parallel to the axis of rotation 178 and / or in the axial direction 210 is absorbed by means of the first rotary coupling section 196.
- Rotary coupling elements 200 of the first rotary coupling section 196 arranged on the support body 166 form, in the axial direction 210, in particular an abutment for rotary coupling elements 202 of the first rotary coupling section 196 arranged on the inner container 168.
- the first rotary coupling section 196 preferably forms an axial fixed bearing.
- Rotary coupling elements 202 of the first rotary coupling section 196 which are arranged on the inner container 168, preferably each comprise two guide surfaces 212.
- the two guide surfaces 212 of the rotary coupling elements 202 of the first rotary coupling section 196 are in particular arranged parallel to one another and / or parallel to the radial direction 192.
- Such an arrangement of the two guide surfaces 212 of the rotary coupling elements 202 of the first rotary coupling section 196 can preferably enable the rotary coupling elements 202, which are arranged on the inner container 168, in the radial direction 192 relative to the rotary coupling elements 202, which are attached to the support body 166 are arranged, are relocatable.
- the rotary coupling elements 202 of the first rotary coupling section 196 arranged on the inner container 168 preferably each include an axial stop element 214 for the rotary coupling elements 200 arranged on the support body 166.
- the axial stop element 214 of a respective rotary coupling element 200, arranged on the inner container 166, of the first rotary coupling section 196 comprises, in particular, two support surfaces 216.
- the support surface 216 of the axial stop elements 214 of the rotary coupling elements 202 of the first rotary coupling section 196 arranged on the inner container 168 is essentially flat. It can be favorable if the guide surfaces 212 and the support surfaces 216 of the rotary coupling elements 202 of the first rotary coupling section 196 are arranged symmetrically to a plane spanned by the axis of rotation 178 and the radial direction 192.
- an angle 218 is arranged between a plane 220, in which a guide surface 212 of a respective rotary coupling element 202 of the first rotary coupling section 196, and a plane 222, in which a support surface 216 of the respective rotary coupling element 202 adjacent to the guide surface 212 of the first Drehkopplungsab section 196 is arranged greater than an angle between the axial direction 210 and the direction of a resulting force vector of the axial force acting on the rotary coupling element 202 and the radial force acting on the rotary coupling element 202.
- the inner container 168 is supported in the axial direction 210 by means of the rotary coupling elements 202 of the two further rotary coupling sections 198, which are arranged on the inner container 168, in particular not on the rotary coupling elements 200 of the two further rotary coupling sections 198, which are arranged on the support body 166.
- the two further rotary coupling sections 198 preferably form an axial floating bearing.
- free axial thermal expansion of the inner container 168 can be made possible by means of the two further rotary coupling sections 198. It can also be favorable if rotary coupling elements 202 of the rotary coupling sections 196, 198, which are arranged on the inner container 168, can be displaced in the radial direction 192 relative to rotary coupling elements 200 of the rotary coupling sections 196, 198, which are arranged on the support body 166 .
- the first rotary coupling section 196 and the two further rotary coupling sections 198 in particular form a radial floating bearing.
- rotary coupling elements 202 of the two further rotary coupling sections 198 arranged on the inner container 168 each comprise two guide surfaces 212, one rotary coupling element 200 of the two further rotary coupling sections 198 arranged on the support body 166 being guided between the two guide surfaces 212.
- rotary coupling elements 202 of the two further rotary coupling sections 198 arranged on the inner container 168 each comprise two guide surfaces 212, between which a rotary coupling element 200 of the two further rotary coupling sections 198 arranged on the support body 166 is arranged, jamming of the rotary coupling elements 200, 202 due to can be prevented from thermal expansion.
- the two guide surfaces 212 of the rotary coupling elements 202 of the two further rotary coupling sections 198 are preferably arranged parallel to one another and / or parallel to the axial direction 210 and / or parallel to the radial direction 192.
- rotary coupling elements 202 of the two further rotary coupling sections 198 which are arranged on the inner container 168, can be displaced in the axial direction 210 relative to rotary coupling elements 200 of the two further rotary coupling sections 198, which are arranged on the support body 166 .
- the rotary coupling elements 200 which are arranged on the support body 166, preferably comprise a guide element 223, which protrudes between the two guide surfaces 212 of a respective rotary coupling element 168 arranged on the inner container 168.
- the guide element 223 of the rotary coupling elements 200 arranged on the support body 166 is in particular an inner guide element.
- the two guide surfaces 212 of the rotary coupling elements 202 arranged on the inner container 168 form, in particular, an outer guide element.
- the guide element 223 of the rotary coupling elements 200 arranged on the support body 166 is preferably convex on its sides facing the guide surfaces 212.
- the guide element 223 of the rotary coupling elements 200 arranged on the support body 166 is essentially spherical.
- the first rotary coupling section 196 and the two further rotary coupling sections 198 preferably each include one or more radial stop elements, not shown in the drawing, which allow a radial displacement the rotary coupling elements 202, which are arranged on the inner container 168, relative to the rotary coupling elements 200 which are arranged on the support body 166, limit.
- a radial stop element is preferably integrated in each of the rotary coupling elements 200 arranged on the support body 166 and / or in the rotary coupling elements 202 arranged on the inner container 168 of a respective rotary coupling section 196, 198.
- the radial stop elements are preferably arranged and / or aligned such that a radial displacement of the rotary coupling elements 202, which are arranged on the inner container 168, relative to the rotary coupling elements 200, which are arranged on the support body 166, only when a maximum operating temperature is reached the heat exchanger device 158 is limited.
- the heating chamber 160 preferably comprises an insulation material 224 which is arranged between the support body 166 and the inner container 168.
- the insulation material 224 is arranged in particular in a gap 226 between the support body 166 and the inner container 168.
- an insulation layer 228 made of the insulation material 224 is arranged on the support body 166, in particular fixed to it, and essentially completely covers an inner surface of the support body 166 facing the inner container 168.
- the insulation material 224 comprises a first insulation material, for example glass wool, silicate wool or an aluminum oxide fiber, and / or if the insulation material 224 comprises a second insulation material, for example a nanoporous insulation material.
- a mechanical load on the insulation material 222 can preferably be reduced, for example a mechanical load due to flexing movements.
- a durability and / or service life of the insulation material 222 can be lengthened.
- the insulation material 224 is in particular fixed to the inner surface of the support body 166 facing the inner container 168.
- the inner container 168 in particular is arranged in the support body 166.
- the rotary coupling elements 202 of the first rotary coupling section 196 and of the two further rotary coupling sections 198 are then preferably arranged on the inner container 168.
- the rotary coupling elements 202 which are arranged on the inner container 168, are preferably arranged on the inner container 168 via an opening 230 in the support body 166, which is in particular arranged in a lateral surface of the support body 166 (see FIG. 5).
- the rotary coupling elements 200 of the first rotary coupling section 196 and of the two further rotary coupling sections 198 are then preferably arranged on the support body 166.
- the angle 218 is selected in particular such that in the event of a load change due to a rotation of the heating chamber 160 in the direction of the arrow 234 shown in FIG.
- mutually opposite guide surfaces 212 and support surfaces 216 alternately absorb the forces transmitted by the guide element 223.
- the forces are preferably essentially absorbed by the left guide surface 212 shown in FIG. 12 and the left support surface 216.
- a friction-free thermal expansion in the radial direction can also be ensured on the first rotary coupling section 196 by a corresponding change in the guide surfaces 212 and support surfaces 216 that absorb the forces.
- a friction-free thermal expansion in the radial direction can also be ensured on the first rotary coupling section 196 by a corresponding change in the guide surfaces 212 and support surfaces 216 that absorb the forces.
- the inner container 168 can be prevented from bulging.
- a uniform deformation of the inner container 168 due to thermal expansion can ensure, in particular, a uniform distribution of the heat transfer medium when the heat transfer device 158 is in operation.
- local hotspots can be prevented, which can lead to the inner container 168 burning through, for example.
- a heat transfer device 158 can preferably be provided which can be produced simply and inexpensively and which in particular has a high degree of efficiency and a longer shelf life.
- Rotary coupling device first rotary coupling section, further rotary coupling section
- Rotary coupling element support body-side rotary coupling element inner container-side rotary coupling element
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Abstract
Description
Wärmeübertragervorrichtung, Verfahren zum Betreiben einer Wärmeübertragervorrichtung und Verfahren zum Herstellen einer Heat transfer device, method for operating a heat transfer device and method for producing a
Wärmeübertragervorrichtung Heat exchanger device
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wärmeübertragervorrichtung, insbeson dere eine Solarstrahlungsempfängervorrichtung. The present invention relates to a heat transfer device, in particular a solar radiation receiver device.
Wärmeübertragervorrichtungen, insbesondere Solarstrahlungsempfängervor richtungen, sind beispielsweise aus der DE 10 2014 106 320 Al und der DE 10 2010 062 367 Al bekannt. Heat transfer devices, in particular solar radiation receiver devices, are known, for example, from DE 10 2014 106 320 A1 and DE 10 2010 062 367 A1.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wärmeüber tragervorrichtung, insbesondere eine Solarstrahlungsempfängervorrichtung, bereitzustellen, welche einfach und kostengünstig herstellbar ist und welche insbesondere einen hohen Wirkungsgrad und eine verlängerte Haltbarkeit auf weist. The present invention is based on the object of providing a heat transfer device, in particular a solar radiation receiver device, which can be produced simply and inexpensively and which in particular has a high degree of efficiency and an extended shelf life.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Wärmeübertragervorrichtung, insbesondere eine Solarstrahlungsempfängervorrichtung, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. According to the invention, this object is achieved by a heat transfer device, in particular a solar radiation receiver device, with the features of claim 1.
Die Wärmeübertragervorrichtung, insbesondere die Solarstrahlungsempfän gervorrichtung, umfasst vorzugsweise Folgendes: eine Heizkammer, welche eine Wandung und einen von der Wandung umgebenen Innenraum umfasst; eine Drehantriebsvorrichtung; eine Zuführvorrichtung zur Zuführung eines Wärmeträgermediums zu dem Innenraum der Heizkammer, wobei die Heizkammer mittels der Drehantriebsvorrichtung derart um eine Drehachse drehbar ist, dass das Wärmeträgermedium unter Ausbildung eines Wärmeträgermedium-Films an einer Innenseite der Wandung der Heizkammer entlangführbar ist, wobei die Heizkammer einen Stützkörper und einen Innenbehälter umfasst, welcher die Wandung umfasst. The heat transfer device, in particular the solar radiation receiver device, preferably comprises the following: a heating chamber which comprises a wall and an interior space surrounded by the wall; a rotary drive device; a supply device for supplying a heat transfer medium to the interior of the heating chamber, the heating chamber being rotatable about an axis of rotation by means of the rotary drive device in such a way that the heat transfer medium can be guided along an inside of the wall of the heating chamber with the formation of a heat transfer medium film, wherein the heating chamber comprises a support body and an inner container which comprises the wall.
Die Heizkammer ist insbesondere eine Heiztrommel. The heating chamber is in particular a heating drum.
Der Innenbehälter ist insbesondere in dem Stützkörper angeordnet. The inner container is arranged in particular in the support body.
Der Begriff "insbesondere" wird im Rahmen dieser Beschreibung und der bei gefügten Ansprüche ausschließlich zur Beschreibung fakultativer Merkmale verwendet. In the context of this description and the appended claims, the term “in particular” is used exclusively to describe optional features.
Günstig kann es sein, wenn der Stützkörper den Innenbehälter in einer radia len Richtung umgibt. It can be beneficial if the support body surrounds the inner container in a radia len direction.
Der Innenbehälter weist in einem senkrecht zu der Drehachse genommenen Querschnitt beispielsweise einen Durchmesser im Bereich von ungefähr 1,4 m bis ungefähr 2 m, beispielsweise von ungefähr 1,6 m auf. In a cross section taken perpendicular to the axis of rotation, the inner container has, for example, a diameter in the range from approximately 1.4 m to approximately 2 m, for example approximately 1.6 m.
Unter einer radialen Richtung wird im Rahmen dieser Beschreibung und der beigefügten Ansprüche insbesondere eine senkrecht zu der Drehachse ver laufende Richtung verstanden. In the context of this description and the appended claims, a radial direction is understood in particular to be a direction perpendicular to the axis of rotation.
Der Stützkörper ist vorzugsweise ein Außenmantel der Heizkammer. The support body is preferably an outer jacket of the heating chamber.
Der Innenraum ist insbesondere von der Wandung des Innenbehälters umge ben. The interior is in particular vice ben from the wall of the inner container.
Der Innenbehälter ist vorzugsweise ein Innenmantel, insbesondere ein soge nannter "Inliner", der Heizkammer. The inner container is preferably an inner jacket, in particular a so-called "inliner", of the heating chamber.
Wenn die Wärmeübertragervorrichtung eine Solarstrahlungsempfängervorrich tung ist, kann diese insbesondere als Turmreceiver verwendet werden, bei welchem die Solarstrahlungsempfängervorrichtung an einem Turm beab- standet zu einem Boden (bezogen auf die Schwerkraftrichtung) angeordnet ist. If the heat transfer device is a solar radiation receiver device, this can in particular be used as a tower receiver which the solar radiation receiver device is arranged on a tower at a distance from a floor (based on the direction of gravity).
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Wärmeträgermedium Partikel oder Teilchen umfasst oder aus diesem gebildet ist, beispielsweise Partikel oder Teilchen aus gesintertem Bauxit. In particular, it can be provided that the heat transfer medium comprises or is formed from particles or particles, for example particles or particles made of sintered bauxite.
Die Partikel oder Teilchen weisen vorzugsweise einen durchschnittlichen Teil chendurchmesser von ungefähr 250 pm bis ungefähr 1,8 mm auf. The particles or particles preferably have an average particle diameter of about 250 μm to about 1.8 mm.
Günstig kann es sein, wenn die Wandung des Innenbehälters einen Mittenrau wert im Bereich von ungefähr dem 0,5-fachen eines durchschnittlichen Teil chendurchmessers der Partikel oder Teilchen bis ungefähr dem 1,0-fachen eines durchschnittlichen Teilchendurchmessers der Partikel oder Teilchen auf weist. It can be favorable if the wall of the inner container has a mean roughness in the range from approximately 0.5 times an average particle diameter of the particles or particles to approximately 1.0 times an average particle diameter of the particles or particles.
Günstig kann es ferner sein, wenn die Wandung des Innenbehälters eine gemittelte Rautiefe im Bereich von ungefähr dem 0,5-fachen eines durch schnittlichen Teilchendurchmessers der Partikel oder Teilchen bis ungefähr dem 1,0-fachen eines durchschnittlichen Teilchendurchmessers der Partikel oder Teilchen aufweist. It can also be favorable if the wall of the inner container has an average roughness in the range from approximately 0.5 times an average particle diameter of the particles or particles to approximately 1.0 times an average particle diameter of the particles or particles.
Im Betrieb der Wärmeübertragervorrichtung bildet sich vorzugsweise ein Wärmeträgermedium-Film, welcher senkrecht zu der Drehachse in einer radialen Richtung eine Dicke im Bereich von ungefähr einem einfachen durch schnittlichen Teilchendurchmesser der Partikel oder Teilchen bis ungefähr einem dreifachen durchschnittlichen Teilchendurchmesser der Partikel oder Teilchen aufweist. During operation of the heat transfer device, a heat transfer medium film is preferably formed which, perpendicular to the axis of rotation, in a radial direction has a thickness in the range from approximately a simple average particle diameter of the particles or particles to approximately three times the average particle diameter of the particles or particles.
Vorzugsweise ergibt sich bei dem Wärmeträgermedium bis mindestens unge fähr 800 °C, insbesondere bis mindestens ungefähr 1.000 °C, keine Agglome ration von Partikeln oder Teilchen. Die Partikel oder Teilchen weisen vorzugsweise eine hohe Sphärizität, insbe sondere größer als ungefähr 0,8, insbesondere größer als ungefähr 0,9, auf. In the case of the heat transfer medium, there is preferably no agglomeration of particles or particles up to at least approximately 800 ° C., in particular up to at least approximately 1,000 ° C.. The particles or particles preferably have a high sphericity, in particular greater than approximately 0.8, in particular greater than approximately 0.9.
Vorzugsweise sind die Partikel oder Teilchen thermoschockbeständig. The particles or particles are preferably resistant to thermal shock.
Mit der erfindungsgemäßen Wärmeübertragervorrichtung lässt sich an der Wandung aufgrund von durch Rotation der Heizkammer bewirkten Fliehkräften ein Wärmeträgermedium-Film bilden. With the heat transfer device according to the invention, a heat transfer medium film can be formed on the wall due to centrifugal forces caused by the rotation of the heating chamber.
Wenn die Wärmeübertragervorrichtung eine Solarstrahlungsempfängervorrich tung ist, wird die Heizkammer beispielsweise durch Solarstrahlung beauf schlagt und es erfolgt die Erhitzung des Wärmeträgermediums. If the heat transfer device is a solar radiation receiver device, the heating chamber is acted upon by solar radiation, for example, and the heat transfer medium is heated.
Alternativ dazu ist es beispielsweise denkbar, dass das Wärmeträgermedium mit einem elektrischen Strahlungsheizer erhitzt wird. As an alternative to this, it is conceivable, for example, that the heat transfer medium is heated with an electric radiant heater.
Durch entsprechend schnelle Rotation der Heizkammer lässt sich vorzugsweise erreichen, dass Fliehkräfte das Wärmeträgermedium an die Wandung drücken und man dadurch eine erhöhte Wandhaftung erhält. Dadurch wiederum lässt sich die insbesondere Aufenthaltszeit des Wärmeträgermediums in der Heiz kammer vergrößern. Weiterhin kann dadurch das Wärmeträgermedium eine tangentiale Geschwindigkeit erhalten. Dadurch lässt sich der Wärmeträger medium-Verlust (das heißt der Durchlauf von Wärmeträgermedium ohne aus reichende Erhitzung in der Heizkammer) vorzugsweise reduzieren, da Wärme trägermedium nach außen gegen die Wandung verlagert wird. Durch eine Tangentialgeschwindigkeit lässt sich insbesondere auch ein Temperaturaus gleich in Umfangsrichtung erreichen, da beispielsweise unterschiedliche Zonen in Umfangsrichtung mehrfach von Wärmeträgermedium durchlaufen werden. Dadurch erhält man vorzugsweise eine homogenere Temperaturverteilung beim Austritt des Wärmeträgermediums aus der Heizkammer. Die Drehzahl wird insbesondere so hoch gewählt, dass sich ein optisch dichter oder annähernd dichter Wärmeträgermedium-Film über den gesamten Umfang der Wandung ergibt. By rotating the heating chamber at a correspondingly rapid rate, it can be achieved that centrifugal forces press the heat transfer medium against the wall, thereby increasing the adhesion to the wall. This in turn allows the particular residence time of the heat transfer medium in the heating chamber to be increased. Furthermore, the heat transfer medium can thereby receive a tangential speed. As a result, the heat transfer medium loss (that is, the passage of heat transfer medium without sufficient heating in the heating chamber) can preferably be reduced, since the heat transfer medium is displaced outwards against the wall. With a tangential speed, in particular, temperature compensation can also be achieved in the circumferential direction, since, for example, different zones are repeatedly traversed by the heat transfer medium in the circumferential direction. This preferably gives a more homogeneous temperature distribution when the heat transfer medium emerges from the heating chamber. In particular, the speed is selected to be so high that an optically dense or approximately dense heat transfer medium film is produced over the entire circumference of the wall.
Es lässt sich insbesondere die Aufenthaltszeit des Wärmeträgermediums in dem Innenraum erhöhen. Dadurch lässt sich vorzugsweise der Wirkungsgrad der Wärmeübertragervorrichtung erhöhen. In particular, the residence time of the heat transfer medium in the interior can be increased. In this way, the efficiency of the heat exchanger device can preferably be increased.
Es lassen sich vorzugsweise Temperaturgradienten im Wärmeträgermedium- Film ausgleichen und es lässt sich dadurch eine homogenere Temperaturver teilung erreichen. Temperature gradients in the heat transfer medium film can preferably be compensated for and a more homogeneous temperature distribution can thereby be achieved.
Durch entsprechende Steuerung der Rotation und/oder eines Winkels zwischen der Drehachse und der Schwerkraftrichtung kann insbesondere auch eine gesteuerte Anpassung der Wärmeübertragervorrichtung beispielsweise im Teil lastbetrieb beziehungsweise Volllastbetrieb erfolgen. By appropriate control of the rotation and / or an angle between the axis of rotation and the direction of gravity, a controlled adaptation of the heat exchanger device can in particular also take place, for example in partial load operation or full load operation.
Eine erfindungsgemäße Wärmeübertragervorrichtung kann beispielsweise zur Stromerzeugung verwendet werden. Beispielsweise kann erhitztes Wärme trägermedium zum Erzeugen von Dampf genutzt werden, welcher zum Antrei ben einer Dampfturbine eines Kraftwerks, beispielsweise eines solarther mischen Kraftwerks, genutzt wird. A heat transfer device according to the invention can be used, for example, to generate electricity. For example, heated heat transfer medium can be used to generate steam, which is used to drive a steam turbine of a power plant, for example a solar thermal power plant.
Die erfindungsgemäße Wärmeübertragervorrichtung eignet sich vorzugsweise ferner zur Abgabe von Prozesswärme an industrielle Prozesse bei hohen Temperaturen, beispielsweise in einer Gießerei, einem Stahlwerk, einer Zementfabrik und/oder in einer Chemieanlage. Günstig kann es dabei sein, wenn erhitztes Wärmeträgermedium Wärme an den jeweiligen industriellen Prozess abgibt. The heat transfer device according to the invention is preferably also suitable for the transfer of process heat to industrial processes at high temperatures, for example in a foundry, a steelworks, a cement factory and / or in a chemical plant. It can be beneficial if heated heat transfer medium gives off heat to the respective industrial process.
Erhitztes Wärmeträgermedium lässt sich vorzugsweise auf einfache Weise speichern. Es kann dann insbesondere eine bedarfsgesteuerte Leistungsbereit stellung erfolgen. Um einen möglichst zusammenhängenden Wärmeträgermedium-Film zu erzeugen, werden vorzugsweise ein Winkel zwischen der Drehachse und der Schwerkraftrichtung und die Rotationsgeschwindigkeit der Heizkammer aneinander angepasst. An die Anpassung können auch noch Eigenschaften des Wärmeträgermediums und der Wandung und insbesondere die Reibungseigen schaften eingehen. Wenn beispielsweise eine erfindungsgemäße Wärmeüber tragervorrichtung in Verbindung mit einem Heliostatenfeld eingesetzt wird, dann ist üblicherweise der Winkel zwischen der Drehachse und der Schwer kraftrichtung vorgegeben. Wenn dann die Wärmeträgermedium-Art und die Wandung vorgegeben ist, dann kann durch entsprechende Wahl beziehungs weise Einstellung und gegebenenfalls auch variable Einstellung der Rotations geschwindigkeit (beziehungsweise Drehzahl) der Wärmeträgermedium-Film erzeugt werden. Heated heat transfer medium can preferably be stored in a simple manner. In particular, a demand-driven provision of services can then take place. In order to produce a heat transfer medium film that is as coherent as possible, an angle between the axis of rotation and the direction of gravity and the speed of rotation of the heating chamber are preferably adapted to one another. Properties of the heat transfer medium and the wall and in particular the frictional properties can also be included in the adaptation. For example, if a heat transfer device according to the invention is used in conjunction with a heliostat field, then the angle between the axis of rotation and the direction of gravity is usually specified. If the type of heat transfer medium and the wall is specified, then the heat transfer medium film can be generated by appropriate selection or setting and optionally also variable setting of the rotational speed (or rotational speed).
Günstig kann es sein, wenn die Heizkammer einen Einkopplungsbereich für Wärmeträgermedium und einen Auskopplungsbereich für Wärmeträgermedium aufweist. Der Einkopplungsbereich liegt beispielsweise bezogen auf die Schwerkraftrichtung oberhalb des Auskopplungsbereichs. An dem Einkopp lungsbereich wird "kaltes" Wärmeträgermedium eingekoppelt und an dem Auskopplungsbereich wird "heißes", durch Solarstrahlung erhitztes Wärme trägermedium ausgekoppelt. Das Wärmeträgermedium wird in der Schwer kraftrichtung durch die Heizkammer durchgeführt. It can be favorable if the heating chamber has a coupling-in area for the heat transfer medium and a coupling-out area for the heat transfer medium. The coupling-in area is, for example, in relation to the direction of gravity above the coupling-out area. "Cold" heat transfer medium is coupled in at the coupling-in area and "hot" heat transfer medium heated by solar radiation is coupled out at the coupling-out area. The heat transfer medium is passed through the heating chamber in the direction of gravity.
Es ist grundsätzlich auch möglich, dass Wärmeträgermedium entgegen der Schwerkraftrichtung in der Heizkammer geführt wird, das heißt Wärmeträger medium bezogen auf die Schwerkraftrichtung unten an der Heizkammer ein gekoppelt wird und oben bezogen auf die Schwerkraftrichtung ausgekoppelt wird. Dies lässt sich insbesondere durch eine Kombination von Vibration und Rotation mit der geeigneten Rotationsgeschwindigkeit und gegebenenfalls ent sprechender Wandungsausbildung (insbesondere über eine schräge Wandung) erreichen. Bei einer Ausgestaltung der Wärmeübertragervorrichtung ist vorgesehen, dass die Heizkammer eine Drehkopplungsvorrichtung umfasst, mittels welcher der Innenbehälter mit dem Stützkörper drehgekoppelt ist. In principle, it is also possible that the heat transfer medium is guided in the heating chamber against the direction of gravity, that is, the heat transfer medium is coupled in at the bottom of the heating chamber in relation to the direction of gravity and is decoupled at the top in relation to the direction of gravity. This can be achieved in particular by a combination of vibration and rotation with the appropriate rotational speed and, if necessary, appropriate wall design (in particular via an inclined wall). In one embodiment of the heat exchanger device, it is provided that the heating chamber comprises a rotary coupling device by means of which the inner container is rotatably coupled to the support body.
Günstig kann es sein, wenn die Drehantriebsvorrichtung ein oder mehrere Drehantriebselemente umfasst, mittels welcher der Stützkörper in eine Rota tion um die Drehachse versetzbar ist. It can be favorable if the rotary drive device comprises one or more rotary drive elements, by means of which the support body can be set in rotation about the axis of rotation.
Ein oder mehrere Drehantriebselemente der Drehantriebsvorrichtung treiben den Stützkörper dabei vorzugsweise unmittelbar an. One or more rotary drive elements of the rotary drive device preferably drive the support body directly.
Günstig kann es insbesondere sein, wenn der Innenbehälter aufgrund einer Drehkopplung desselben mit dem Stützkörper durch Versetzen des Stütz körpers in eine Rotation um die Drehachse ebenfalls in eine Rotation ver setzbar ist. It can be particularly favorable if the inner container can also be set in rotation due to a rotational coupling of the same with the support body by setting the support body in rotation about the axis of rotation.
Bei einer Ausgestaltung der Wärmeübertragervorrichtung ist vorgesehen, dass die Drehkopplungsvorrichtung einen ersten Drehkopplungsabschnitt und/oder einen oder mehrere weitere Drehkopplungsabschnitte umfasst, wobei der Innenbehälter mittels der Drehkopplungsabschnitte der Drehkopplungsvor richtung mit dem Stützkörper drehgekoppelt ist. In one embodiment of the heat exchanger device, it is provided that the rotary coupling device comprises a first rotary coupling section and / or one or more further rotary coupling sections, the inner container being rotatably coupled to the support body by means of the rotary coupling sections of the rotary coupling device.
Beispielsweise ist es denkbar, dass die Drehkopplungsvorrichtung einen ersten Drehkopplungsabschnitt und zwei weitere Drehkopplungsabschnitte umfasst. For example, it is conceivable that the rotary coupling device comprises a first rotary coupling section and two further rotary coupling sections.
Bei einer Ausgestaltung der Wärmeübertragervorrichtung ist vorgesehen, dass sich der Innenbehälter mittels des ersten Drehkopplungsabschnitts in der Schwerkraftrichtung an dem Stützkörper abstützt. In one embodiment of the heat exchanger device, it is provided that the inner container is supported on the support body in the direction of gravity by means of the first rotary coupling section.
Der Innenbehälter stützt sich mittels des ersten Drehkopplungsabschnitts an dem Stützkörper insbesondere in einer axialen Richtung ab. Eine parallel zu der Drehachse und/oder in axialer Richtung wirkende Kraft komponente der auf den Innenbehälter wirkenden Gewichtskraft wird insbe sondere mittels des ersten Drehkopplungsabschnitts aufgenommen. The inner container is supported on the support body by means of the first rotary coupling section, in particular in an axial direction. A force component acting parallel to the axis of rotation and / or in the axial direction of the weight force acting on the inner container is absorbed in particular by means of the first rotary coupling section.
An dem Stützkörper angeordnete Drehkopplungselemente des ersten Dreh kopplungsabschnitts bilden in der axialen Richtung insbesondere ein Wider lager für an dem Innenbehälter angeordnete Drehkopplungselemente des ersten Drehkopplungsabschnitts. Rotary coupling elements of the first rotary coupling section arranged on the support body form in the axial direction in particular an abutment for rotary coupling elements arranged on the inner container of the first rotary coupling section.
Unter einer axialen Richtung wird im Rahmen dieser Beschreibung und der beigefügten Ansprüche insbesondere eine parallel zu der Drehachse der Heiz kammer verlaufende Richtung verstanden. In the context of this description and the appended claims, an axial direction is understood to mean, in particular, a direction running parallel to the axis of rotation of the heating chamber.
Bei einer Ausgestaltung der Wärmeübertragervorrichtung ist vorgesehen, dass der erste Drehkopplungsabschnitt in Schwerkraftrichtung oberhalb des einen oder der mehreren weiteren Drehkopplungsabschnitte angeordnet ist. In one embodiment of the heat exchanger device, it is provided that the first rotary coupling section is arranged in the direction of gravity above the one or more further rotary coupling sections.
Alternativ dazu ist es denkbar, dass der erste Drehkopplungsabschnitt in Schwerkraftrichtung unterhalb des einen oder der mehreren weiteren Dreh kopplungsabschnitte angeordnet ist. As an alternative to this, it is conceivable that the first rotary coupling section is arranged in the direction of gravity below the one or more further rotary coupling sections.
Bei einer Ausgestaltung der Wärmeübertragervorrichtung ist vorgesehen, dass der erste Drehkopplungsabschnitt und/oder der eine oder die mehreren weite ren Drehkopplungsabschnitte jeweils ein oder mehrere Drehkopplungsele mente, welche an dem Stützkörper angeordnet sind, und ein oder mehrere Drehkopplungselemente, welche an dem Innenbehälter angeordnet sind, umfassen. In one embodiment of the heat exchanger device it is provided that the first rotary coupling section and / or the one or more further rotary coupling sections each have one or more rotary coupling elements which are arranged on the support body and one or more rotary coupling elements which are arranged on the inner container, include.
An dem Stützkörper angeordnete Drehkopplungselemente sind insbesondere stützkörperseitige Drehkopplungselemente. Rotary coupling elements arranged on the support body are in particular rotary coupling elements on the support body.
Stützkörperseitige Drehkopplungselemente sind vorzugsweise an dem Stütz körper festgelegt, beispielsweise mit diesem verschraubt. An dem Innenbehälter angeordnete Drehkopplungselemente sind insbesondere innenbehälterseitige Drehkopplungselemente. Rotary coupling elements on the support body side are preferably fixed on the support body, for example screwed to it. Rotary coupling elements arranged on the inner container are in particular rotary coupling elements on the inner container side.
Innenbehälterseitige Drehkopplungselemente sind vorzugsweise mittelbar oder unmittelbar an dem Innenbehälter festgelegt, beispielsweise mit diesem ver schraubt. Rotary coupling elements on the inner container side are preferably fixed directly or indirectly to the inner container, for example screwed to it.
Insbesondere ist es denkbar, dass der erste Drehkopplungsabschnitt und/oder der eine oder die mehreren weiteren Drehkopplungsabschnitte jeweils 3 bis 9 Drehkopplungselemente, welche an dem Stützkörper angeordnet sind, und jeweils 3 bis 9 Drehkopplungselemente, welche an dem Innenbehälter ange ordnet sind, umfassen. In particular, it is conceivable that the first rotary coupling section and / or the one or more further rotary coupling sections each comprise 3 to 9 rotary coupling elements, which are arranged on the support body, and 3 to 9 rotary coupling elements, which are arranged on the inner container.
Beispielsweise umfassen der erste Drehkopplungsabschnitt und/oder der eine oder die mehreren weiteren Drehkopplungsabschnitte jeweils 5 Drehkopp lungselemente, welche an dem Stützkörper angeordnet sind, und jeweils 5 Drehkopplungselemente, welche an dem Innenbehälter angeordnet sind. For example, the first rotary coupling section and / or the one or more further rotary coupling sections each comprise 5 rotary coupling elements, which are arranged on the support body, and 5 rotary coupling elements each, which are arranged on the inner container.
Drehkopplungselemente eines jeweiligen Drehkopplungsabschnitts sind vor zugsweise gleichmäßig verteilt über einen Umfang der Heizkammer ange ordnet. Rotary coupling elements of a respective rotary coupling section are preferably evenly distributed over a circumference of the heating chamber is arranged before.
Günstig kann es sein, wenn sämtliche Drehkopplungselemente eines jewei ligen Drehkopplungsabschnitts bezogen auf eine axiale Richtung im Wesent lichen auf derselben Höhe angeordnet sind. It can be advantageous if all the rotary coupling elements of a respective rotary coupling section are arranged essentially at the same height in relation to an axial direction.
Insbesondere ist jeweils einem Drehkopplungselement, welches an dem Stütz körper angeordnet ist, jeweils ein Drehkopplungselement zugeordnet, welches an dem Innenbehälter angeordnet ist. Bei einer Ausgestaltung der Wärmeübertragervorrichtung ist vorgesehen, dass Drehkopplungselemente, welche an dem Innenbehälter angeordnet sind, jeweils an einem Stützring festgelegt sind. In particular, a rotary coupling element which is arranged on the inner container is assigned to each rotary coupling element which is arranged on the support body. In one embodiment of the heat exchanger device, it is provided that rotary coupling elements which are arranged on the inner container are each fixed on a support ring.
Alternativ dazu ist es denkbar, dass Drehkopplungselemente, welche an dem Innenbehälter angeordnet sind, unmittelbar an dem Innenbehälter festgelegt sind. As an alternative to this, it is conceivable that rotary coupling elements which are arranged on the inner container are fixed directly to the inner container.
An einem jeweiligen Stützring festgelegte Drehkopplungselemente sind bei spielsweise mit dem Stützring verschraubt. Rotary coupling elements fixed on a respective support ring are screwed to the support ring, for example.
Mittels eines oder mehrerer Stützringe kann vorzugsweise eine Rundheit des Innenbehälters gewährleistet werden. A roundness of the inner container can preferably be ensured by means of one or more support rings.
Bei einer Ausgestaltung der Wärmeübertragervorrichtung ist vorgesehen, dass Drehkopplungselemente, welche an dem Stützkörper angeordnet sind, an diesem festgelegt sind. In one embodiment of the heat exchanger device, it is provided that rotary coupling elements which are arranged on the support body are fixed on the latter.
An dem Stützkörper festgelegte Drehkopplungselemente sind beispielsweise mit dem Stützkörper verschraubt. Rotary coupling elements fixed on the support body are screwed to the support body, for example.
Bei einer Ausgestaltung der Wärmeübertragervorrichtung ist vorgesehen, dass sich der Innenbehälter mittels eines oder mehrerer Drehkopplungselemente des ersten Drehkopplungsabschnitts, welche an dem Innenbehälter ange ordnet sind, an einem oder mehreren Drehkopplungselementen des ersten Drehkopplungsabschnitts, welche an dem Stützkörper angeordnet sind, abstützt. In one embodiment of the heat exchanger device, it is provided that the inner container is supported on one or more rotary coupling elements of the first rotary coupling section, which are arranged on the support body, by means of one or more rotary coupling elements of the first rotary coupling section, which are arranged on the inner container.
Der erste Drehkopplungsabschnitt bildet dabei vorzugsweise ein axiales Fest lager. Bei einer Ausgestaltung der Wärmeübertragervorrichtung ist vorgesehen, dass Drehkopplungselemente des einen oder der mehreren weiteren Drehkopp lungsabschnitte, welche an dem Innenbehälter angeordnet sind, in einer axia len Richtung relativ zu Drehkopplungselementen des einen oder der mehreren weiteren Drehkopplungsabschnitte, welche an dem Stützkörper angeordnet sind, verlagerbar sind. The first rotary coupling section preferably forms an axial fixed bearing. In one embodiment of the heat exchanger device, it is provided that rotary coupling elements of the one or more further rotary coupling sections, which are arranged on the inner container, can be displaced in an axial direction relative to rotary coupling elements of the one or more further rotary coupling sections, which are arranged on the support body are.
Insbesondere stützt sich der Innenbehälter in der axialen Richtung mittels der Drehkopplungselemente des einen oder der mehreren weiteren Drehkopp lungsabschnitte, welche an dem Innenbehälter angeordnet sind, nicht an den Drehkopplungselementen des einen oder der mehreren weiteren Drehkopp lungsabschnitte ab, welche an dem Stützkörper angeordnet sind. In particular, the inner container is supported in the axial direction by means of the rotary coupling elements of the one or more further rotary coupling sections which are arranged on the inner container, not on the rotary coupling elements of the one or more further rotary coupling sections which are arranged on the support body.
Der eine oder die mehreren weiteren Drehkopplungsabschnitte bilden dabei vorzugsweise ein axiales Loslager. The one or more further rotary coupling sections preferably form an axial floating bearing.
Vorzugsweise kann mittels des einen oder der mehreren weiteren Drehkopp lungsabschnitte dabei eine freie axiale Wärmedehnung des Innenbehälters ermöglicht werden. Preferably, free axial thermal expansion of the inner container can be made possible by means of the one or more further rotary coupling sections.
Bei einer Ausgestaltung der Wärmeübertragervorrichtung ist vorgesehen, dass Drehkopplungselemente der Drehkopplungsabschnitte, welche an dem Innen behälter angeordnet sind, in einer radialen Richtung relativ zu Drehkopplungs elementen der Drehkopplungsabschnitte, welche an dem Stützkörper ange ordnet sind, verlagerbar sind. In one embodiment of the heat exchanger device it is provided that rotary coupling elements of the rotary coupling sections, which are arranged on the inner container, can be displaced in a radial direction relative to rotary coupling elements of the rotary coupling sections, which are arranged on the support body.
Der erste Drehkopplungsabschnitt und der eine oder die mehreren weiteren Drehkopplungsabschnitte bilden dabei insbesondere ein radiales Loslager. The first rotary coupling section and the one or more further rotary coupling sections form, in particular, a radial floating bearing.
Vorzugsweise kann mittels des ersten Drehkopplungsabschnitts und des einen oder der mehreren weiteren Drehkopplungsabschnitte eine freie radiale Wärmedehnung des Innenbehälters ermöglicht werden. Durch eine freie axiale Wärmedehnung und/oder durch eine freie radiale Wärmedehnung des Innenbehälters kann im Betrieb der Wärmeübertragervor richtung vorzugsweise eine gleichmäßige Verformung des Innenbehälters auf grund von Wärmedehnung ermöglicht werden. Preferably, free radial thermal expansion of the inner container can be made possible by means of the first rotary coupling section and the one or more further rotary coupling sections. By free axial thermal expansion and / or by free radial thermal expansion of the inner container, a uniform deformation of the inner container due to thermal expansion can preferably be made possible during operation of the heat transfer device.
Insbesondere kann dabei ein Ausbeulen des Innenbehälters verhindert werden. In particular, the inner container can be prevented from bulging.
Durch eine gleichmäßige Verformung des Innenbehälters aufgrund von Wärmedehnung kann insbesondere eine gleichmäßige Verteilung des Wärme trägermediums im Betrieb der Wärmeübertragervorrichtung gewährleistet werden. A uniform deformation of the inner container due to thermal expansion can in particular ensure a uniform distribution of the heat transfer medium during operation of the heat transfer device.
Vorzugsweise können dabei lokale Hotspots verhindert werden, welche bei spielsweise zu einem Durchbrennen des Innenbehälters führen können. Preferably, local hotspots can be prevented, which can lead to the inner container burning through, for example.
Günstig kann es ferner sein, wenn durch eine freie axiale und/oder radiale Wärmedehnung des Innenbehälters eine Haltbarkeit und/oder Lebensdauer der Wärmeübertragervorrichtung verlängert werden kann. It can also be beneficial if a free axial and / or radial thermal expansion of the inner container can extend the durability and / or service life of the heat exchanger device.
Bei einer Ausgestaltung der Wärmeübertragervorrichtung ist vorgesehen, dass der erste Drehkopplungsabschnitt und/oder der eine oder die mehreren weiteren Drehkopplungsabschnitte jeweils ein oder mehrere radiale Anschlag elemente umfassen, welche eine radiale Verlagerung der Drehkopplungsele mente, welche an dem Innenbehälter angeordnet sind, relativ zu den Dreh kopplungselementen, welche an dem Stützkörper angeordnet sind, begrenzen. In one embodiment of the heat exchanger device, it is provided that the first rotary coupling section and / or the one or more further rotary coupling sections each comprise one or more radial stop elements, which allow a radial displacement of the rotary coupling elements, which are arranged on the inner container, relative to the rotation coupling elements, which are arranged on the support body, limit.
Günstig kann es sein, wenn jeweils ein radiales Anschlagelement in die an dem Stützkörper angeordneten Drehkopplungselemente und/oder in die an dem Innenbehälter angeordneten Drehkopplungselemente eines jeweiligen Dreh kopplungsabschnitts integriert ist. Günstig kann es sein, wenn die radialen Anschlagelemente derart angeordnet und/oder ausgerichtet sind, dass eine radiale Verlagerung der Drehkopplungs elemente, welche an dem Innenbehälter angeordnet sind, relativ zu den Dreh kopplungselementen, welche an dem Stützkörper angeordnet sind, erst bei Erreichen einer maximalen Betriebstemperatur der Wärmeübertragervorrich tung begrenzt wird. It can be favorable if in each case a radial stop element is integrated in the rotary coupling elements arranged on the support body and / or in the rotary coupling elements arranged on the inner container of a respective rotary coupling section. It can be advantageous if the radial stop elements are arranged and / or aligned in such a way that a radial displacement of the rotary coupling elements, which are arranged on the inner container, relative to the rotary coupling elements, which are arranged on the support body, only when a maximum Operating temperature of the heat exchanger device is limited.
Bei einer Ausgestaltung der Wärmeübertragervorrichtung ist vorgesehen, dass an dem Innenbehälter angeordnete Drehkopplungselemente des einen oder der mehreren weiteren Drehkopplungsabschnitte jeweils zwei Führungsflächen umfassen, wobei jeweils ein an dem Stützkörper angeordnetes Drehkopp lungselement des einen oder der mehreren weiteren Drehkopplungsabschnitte zwischen den zwei Führungsflächen geführt ist. In one embodiment of the heat exchanger device, it is provided that rotary coupling elements of the one or more further rotary coupling sections arranged on the inner container each comprise two guide surfaces, with a rotary coupling element arranged on the support body of the one or more further rotary coupling sections being guided between the two guide surfaces.
Vorzugsweise kann dadurch, dass an dem Innenbehälter angeordnete Dreh kopplungselemente des einen oder der mehreren weiteren Drehkopplungs abschnitte jeweils zwei Führungsflächen umfassen, zwischen welchen jeweils ein an dem Stützkörper angeordnetes Drehkopplungselement des einen oder der mehreren weiteren Drehkopplungsabschnitte angeordnet ist, ein Ver klemmen der Drehkopplungselemente aufgrund von Wärmedehnung ver hindert werden. Preferably, because rotary coupling elements of the one or more further rotary coupling sections arranged on the inner container each comprise two guide surfaces, between which a rotary coupling element of the one or more further rotary coupling sections arranged on the support body is arranged, jamming of the rotary coupling elements due to Thermal expansion can be prevented.
Bei einer Ausgestaltung der Wärmeübertragervorrichtung ist vorgesehen, dass die zwei Führungsflächen eines jeweiligen Drehkopplungselements des einen oder der mehreren weiteren Drehkopplungsabschnitte parallel zueinander und/oder parallel zu einer axialen Richtung und/oder parallel zu einer radialen Richtung angeordnet sind. In one embodiment of the heat exchanger device, it is provided that the two guide surfaces of a respective rotary coupling element of the one or more further rotary coupling sections are arranged parallel to one another and / or parallel to an axial direction and / or parallel to a radial direction.
Vorzugsweise kann durch eine derartige Anordnung der zwei Führungsflächen eines jeweiligen Drehkopplungselements des einen oder der mehreren weite ren Drehkopplungsabschnitte ermöglicht werden, dass Drehkopplungsele mente der Drehkopplungsabschnitte, welche an dem Innenbehälter ange ordnet sind, in einer radialen Richtung relativ zu Drehkopplungselementen der Drehkopplungsabschnitte, welche an dem Stützkörper angeordnet sind, ver lagerbar sind und dass Drehkopplungselemente des einen oder der mehreren weiteren Drehkopplungsabschnitte, welche an dem Innenbehälter angeordnet sind, in einer axialen Richtung relativ zu Drehkopplungselementen des einen oder der mehreren weiteren Drehkopplungsabschnitte, welche an dem Stütz körper angeordnet sind, verlagerbar sind. Preferably, by such an arrangement of the two guide surfaces of a respective rotary coupling element of the one or more wide ren rotary coupling sections can be made possible that Drehkopplungsele elements of the rotary coupling sections, which are arranged on the inner container, in a radial direction relative to the rotary coupling elements Rotary coupling sections, which are arranged on the support body, are displaceable and that rotary coupling elements of the one or more further rotary coupling sections, which are arranged on the inner container, in an axial direction relative to rotary coupling elements of the one or more further rotary coupling sections, which are on the support body are arranged, are displaceable.
Bei einer Ausgestaltung der Wärmeübertragervorrichtung ist vorgesehen, dass an dem Innenbehälter angeordnete Drehkopplungselemente des ersten Dreh kopplungsabschnitts jeweils zwei Führungsflächen umfassen, wobei jeweils ein an dem Stützkörper angeordnetes Drehkopplungselement des ersten Dreh kopplungsabschnitts zwischen den zwei Führungsflächen geführt ist. In one embodiment of the heat exchanger device, it is provided that rotary coupling elements of the first rotary coupling section arranged on the inner container each comprise two guide surfaces, a rotary coupling element of the first rotary coupling section arranged on the support body being guided between the two guide surfaces.
Vorzugsweise sind die Führungsflächen der Drehkopplungselemente des ersten Drehkopplungsabschnitts und/oder die Führungsflächen der Drehkopplungsele mente des einen oder der mehreren weiteren Drehkopplungsabschnitte im Wesentlichen eben ausgebildet. The guide surfaces of the rotary coupling elements of the first rotary coupling section and / or the guide surfaces of the rotary coupling elements of the one or more further rotary coupling sections are preferably of substantially planar design.
Bei einer Ausgestaltung der Wärmeübertragervorrichtung ist vorgesehen, dass die zwei Führungsflächen eines jeweiligen Drehkopplungselements des ersten Drehkopplungsabschnitts parallel zueinander und/oder parallel zu einer radia len Richtung angeordnet sind. In one embodiment of the heat exchanger device, it is provided that the two guide surfaces of a respective rotary coupling element of the first rotary coupling section are arranged parallel to one another and / or parallel to a radial direction.
Vorzugsweise kann durch eine derartige Anordnung der zwei Führungsflächen eines jeweiligen Drehkopplungselements des ersten Drehkopplungsabschnitts ermöglicht werden, dass Drehkopplungselemente der Drehkopplungsab schnitte, welche an dem Innenbehälter angeordnet sind, in einer radialen Richtung relativ zu Drehkopplungselementen der Drehkopplungsabschnitte, welche an dem Stützkörper angeordnet sind, verlagerbar sind. Such an arrangement of the two guide surfaces of a respective rotary coupling element of the first rotary coupling section can preferably enable rotary coupling elements of the rotary coupling sections which are arranged on the inner container to be displaced in a radial direction relative to rotary coupling elements of the rotary coupling sections which are arranged on the support body .
Bei einer Ausgestaltung der Wärmeübertragervorrichtung ist vorgesehen, dass ein jeweiliges Drehkopplungselement welches an dem Stützkörper angeordnet ist, ein Führungselement umfasst, welches zwischen die zwei Führungsflächen eines jeweiligen an dem Innenbehälter angeordneten Drehkopplungselements hineinragt. In one embodiment of the heat exchanger device, it is provided that a respective rotary coupling element which is arranged on the support body comprises a guide element which is positioned between the two guide surfaces of a respective rotary coupling element arranged on the inner container protrudes.
Ein Führungselement eines jeweiligen an dem Stützkörper angeordneten Dreh kopplungselements ist insbesondere ein inneres Führungselement. A guide element of a respective rotary coupling element arranged on the support body is in particular an inner guide element.
Die zwei Führungsflächen eines jeweiligen an dem Innenbehälter ange ordneten Drehkopplungselements bilden insbesondere ein äußeres Führungs element. The two guide surfaces of a respective rotary coupling element arranged on the inner container form, in particular, an outer guide element.
Das Führungselement eines jeweiligen an dem Stützkörper angeordneten Drehkopplungselements ist vorzugsweise auf seinen den Führungsflächen zugewandten Seiten konvex ausgebildet. The guide element of a respective rotary coupling element arranged on the support body is preferably convex on its sides facing the guide surfaces.
Günstig kann es beispielsweise sein, wenn das Führungselement des jewei ligen an dem Stützkörper angeordneten Drehkopplungselements im Wesent lichen kugelförmig ausgebildet ist. It can be advantageous, for example, if the guide element of the respective rotary coupling element arranged on the support body is essentially spherical.
Bei einer Ausgestaltung der Wärmeübertragervorrichtung ist vorgesehen, dass ein oder mehrere an dem Innenbehälter angeordnete Drehkopplungselemente jeweils ein axiales Anschlagelement für ein oder mehrere an dem Stützkörper angeordnete Drehkopplungselemente umfassen. In one embodiment of the heat exchanger device, it is provided that one or more rotary coupling elements arranged on the inner container each comprise an axial stop element for one or more rotary coupling elements arranged on the support body.
Bei einer Ausgestaltung der Wärmeübertragervorrichtung ist vorgesehen, dass das axiale Anschlagelement eines jeweiligen an dem Innenbehälter ange ordneten Drehkopplungselements des ersten Drehkopplungsabschnitts zwei Abstützflächen umfasst. In one embodiment of the heat exchanger device, it is provided that the axial stop element of a respective rotary coupling element of the first rotary coupling section, which is arranged on the inner container, comprises two support surfaces.
Günstig kann es sein, wenn eine jeweilige Abstützfläche des axialen Anschlag elements eines jeweiligen an dem Innenbehälter angeordneten Drehkopp lungselements des ersten Drehkopplungsabschnitts im Wesentlichen eben aus gebildet ist. Bei einer Ausgestaltung der Wärmeübertragervorrichtung ist vorgesehen, dass ein Winkel zwischen einer Ebene, in welcher eine Führungsfläche eines jewei ligen Drehkopplungselements des ersten Drehkopplungsabschnitts angeordnet ist, und einer Ebene, in welcher eine der Führungsfläche benachbarte Abstütz fläche des jeweiligen Drehkopplungselements des ersten Drehkopplungsab schnitts angeordnet ist, größer ist als ein Winkel zwischen der axialen Richtung und der Richtung eines resultierenden Kraftvektors der auf das Drehkopp lungselement wirkenden Axialkraft und der auf das Drehkopplungselement wirkenden Radialkraft. It can be favorable if a respective support surface of the axial stop element of a respective rotary coupling element of the first rotary coupling section arranged on the inner container is essentially flat. In one embodiment of the heat exchanger device it is provided that an angle between a plane in which a guide surface of a respective rotary coupling element of the first rotary coupling section is arranged and a plane in which a support surface of the respective rotary coupling element of the first rotary coupling section is arranged adjacent to the guide surface , is greater than an angle between the axial direction and the direction of a resulting force vector of the axial force acting on the rotary coupling element and the radial force acting on the rotary coupling element.
Bei einer Ausgestaltung der Wärmeübertragervorrichtung ist vorgesehen, dass die Führungsflächen und die Abstützflächen eines jeweiligen Drehkopplungs elements des ersten Drehkopplungsabschnitts symmetrisch zu einer durch die Drehachse und eine radiale Richtung aufgespannten Ebene angeordnet sind. In one embodiment of the heat exchanger device, it is provided that the guide surfaces and the support surfaces of a respective rotary coupling element of the first rotary coupling section are arranged symmetrically to a plane spanned by the axis of rotation and a radial direction.
Bei einer Ausgestaltung der Wärmeübertragervorrichtung ist vorgesehen, dass der Stützkörper und/oder der Innenbehälter im Wesentlichen hohlzylinderför mig ausgebildet sind. In one embodiment of the heat exchanger device, it is provided that the support body and / or the inner container are formed essentially as a hollow cylinder.
Insbesondere ist es denkbar, dass der Stützkörper und/oder der Innenbehälter senkrecht zu der Drehachse einen kreisringförmigen Querschnitt aufweisen. In particular, it is conceivable that the support body and / or the inner container have a circular cross-section perpendicular to the axis of rotation.
Vorzugsweise weist der Innenbehälter eine konstante Materialstärke auf. The inner container preferably has a constant material thickness.
Günstig kann es sein, wenn eine Materialstärke des Innenbehälters im Bereich von ungefähr 1 mm bis ungefähr 3 mm liegt, beispielsweise im Bereich von ungefähr 2mm. It can be favorable if a material thickness of the inner container is in the range of approximately 1 mm to approximately 3 mm, for example in the range of approximately 2 mm.
Bei einer Ausgestaltung der Wärmeübertragervorrichtung ist vorgesehen, dass der Innenbehälter ein hochtemperaturbeständiges Material umfasst oder aus diesem gebildet ist, beispielsweise ein metallisches Material, ein keramisches Material oder ein faserverstärktes keramisches Material. Das hochtemperaturbeständige Material des Innenbehälters ist beispielsweise eine Hochtemperaturlegierung. In one embodiment of the heat transfer device, it is provided that the inner container comprises or is formed from a high temperature-resistant material, for example a metallic material, a ceramic material or a fiber-reinforced ceramic material. The high-temperature-resistant material of the inner container is, for example, a high-temperature alloy.
Bei einer Ausgestaltung der Wärmeübertragervorrichtung ist vorgesehen, dass der Stützkörper ein metallisches Material, ein keramisches Material oder ein faserverstärktes Kunststoffmaterial umfasst oder aus diesem gebildet ist. In one embodiment of the heat transfer device, it is provided that the support body comprises or is formed from a metallic material, a ceramic material or a fiber-reinforced plastic material.
Beispielsweise ist es denkbar, dass der Stützkörper ein Metallrohr ist. For example, it is conceivable that the support body is a metal tube.
Bei einer Ausgestaltung der Wärmeübertragervorrichtung ist vorgesehen, dass die Heizkammer einen oder mehrere Stützringe zum Stützen des Innen behälters umfasst. In one embodiment of the heat exchanger device, it is provided that the heating chamber comprises one or more support rings for supporting the inner container.
Günstig kann sein, wenn jedem Drehkopplungsabschnitt jeweils ein Stützring zugeordnet ist. It can be advantageous if a support ring is assigned to each rotary coupling section.
Insbesondere ist es denkbar, dass der eine oder die mehreren Stützringe ring förmig geschlossen ausgebildet sind. In particular, it is conceivable that the one or more support rings are designed to be closed in the shape of a ring.
Der eine oder die mehreren Stützringe sind vorzugsweise aus demselben Material gebildet wie der Innenbehälter. The one or more support rings are preferably formed from the same material as the inner container.
Vorzugsweise sind der eine oder die mehreren Stützringe an dem Innenbehäl ter festgelegt. Preferably, the one or more support rings are fixed on the Innenbehäl ter.
Der eine oder die mehreren Stützringe sind vorzugsweise radial außerhalb des Innenbehälters angeordnet. The one or more support rings are preferably arranged radially outside of the inner container.
Beispielsweise ist es denkbar, dass der eine oder die mehreren Stützringe einen U-förmigen Querschnitt aufweisen. For example, it is conceivable that the one or more support rings have a U-shaped cross section.
Bei einer Ausgestaltung der Wärmeübertragervorrichtung ist vorgesehen, dass der Stützkörper der Heizkammer ein Strukturbauteil ist. Günstig kann es sein, wenn der Stützkörper eine gemittelte Wandstärke im Bereich von ungefähr 3 mm bis ungefähr 20 mm aufweist. In one embodiment of the heat exchanger device, it is provided that the support body of the heating chamber is a structural component. It can be favorable if the support body has an average wall thickness in the range from approximately 3 mm to approximately 20 mm.
Bei einer Ausgestaltung der Wärmeübertragervorrichtung ist vorgesehen, dass die Heizkammer ein Isolationsmaterial umfasst, welches zwischen dem Stütz körper und dem Innenbehälter angeordnet ist. In one embodiment of the heat exchanger device, it is provided that the heating chamber comprises an insulation material which is arranged between the support body and the inner container.
Günstig kann es sein, wenn die Heizkammer zwischen dem Stützkörper und dem Innenbehälter einen Spalt aufweist, in welchem das Isolationsmaterial angeordnet ist. It can be favorable if the heating chamber has a gap between the support body and the inner container, in which the insulation material is arranged.
Vorzugsweise ist eine Isolationsschicht aus dem Isolationsmaterial an dem Stützkörper angeordnet, insbesondere an diesem festgelegt. An insulation layer made of the insulation material is preferably arranged on the support body, in particular fixed on it.
Das Isolationsmaterial deckt vorzugsweise eine dem Innenbehälter zuge wandte innere Oberfläche des Stützkörpers im Wesentlichen vollständig ab. The insulation material preferably covers an inner surface of the support body facing the inner container essentially completely.
Bei einer Ausgestaltung der Wärmeübertragervorrichtung ist vorgesehen, dass ein zwischen dem Stützkörper und dem Innenbehälter angeordnetes Isola tionsmaterial an dem Stützkörper festgelegt ist. In one embodiment of the heat exchanger device, it is provided that an insulation material arranged between the support body and the inner container is fixed to the support body.
Das zwischen dem Stützkörper und dem Innenbehälter angeordnete Isola tionsmaterial ist insbesondere nicht mit dem Innenbehälter verbunden. The insulation material arranged between the support body and the inner container is in particular not connected to the inner container.
Das Isolationsmaterial ist insbesondere nicht unmittelbar an dem Innenbehäl ter festgelegt. In particular, the insulation material is not directly attached to the inner container.
Bei einer Ausgestaltung der Wärmeübertragervorrichtung ist vorgesehen, dass das Isolationsmaterial ein erstes Isolationsmaterial, beispielsweise Glaswolle, Silikatwolle oder eine Aluminiumoxidfaser, umfasst und/oder dass das Isola tionsmaterial ein zweites Isolationsmaterial, beispielsweise ein nanoporöses Isolationsmaterial, umfasst. Das erste und das zweite Isolationsmaterial sind insbesondere voneinander verschieden. In one embodiment of the heat transfer device, it is provided that the insulation material comprises a first insulation material, for example glass wool, silicate wool or an aluminum oxide fiber, and / or that the insulation material comprises a second insulation material, for example a nanoporous insulation material. The first and the second insulation material are in particular different from one another.
Das zweite Isolationsmaterial weist insbesondere eine geringere Wärmeleit fähigkeit als das erste Isolationsmaterial auf. The second insulation material has, in particular, a lower thermal conductivity than the first insulation material.
Wenn das zweite Isolationsmaterial ein bruchempfindliches Material ist, kann durch eine Anordnung des Isolationsmaterials an dem Stützkörper vorzugs weise eine mechanische Belastung des Isolationsmaterials reduziert werden, beispielsweise eine mechanische Belastung aufgrund von Walkbewegungen. Vorzugsweise kann durch eine Reduktion der mechanischen Belastung des Isolationsmaterials eine Haltbarkeit und/oder Lebensdauer des Isolations materials verlängert werden. If the second insulation material is a fragile material, a mechanical load on the insulation material can preferably be reduced by arranging the insulation material on the support body, for example a mechanical load due to flexing movements. Preferably, by reducing the mechanical load on the insulation material, the durability and / or service life of the insulation material can be extended.
Bei einer Ausgestaltung der Wärmeübertragervorrichtung ist vorgesehen, dass die Drehachse relativ zur Schwerkraftrichtung in einem Winkel im Bereich von ungefähr 15° bis ungefähr 60°, vorzugsweise im Bereich von ungefähr 30° bis ungefähr 45°, angeordnet ist. In one embodiment of the heat exchanger device, it is provided that the axis of rotation is arranged relative to the direction of gravity at an angle in the range from approximately 15 ° to approximately 60 °, preferably in the range from approximately 30 ° to approximately 45 °.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben einer Wärmeübertragervorrichtung, insbesondere einer Solarstrahlungsempfänger vorrichtung, vorzugsweise einer erfindungsgemäßen Wärmeübertragervorrich tung, mit den Merkmalen des Anspruchs 31. The present invention further relates to a method for operating a heat exchanger device, in particular a solar radiation receiver device, preferably a heat exchanger device according to the invention, with the features of claim 31.
Das Verfahren zum Betreiben einer Wärmeübertragervorrichtung umfasst vor zugsweise Folgendes: The method for operating a heat exchanger device preferably comprises the following:
Drehen einer Heizkammer der Wärmeübertragervorrichtung um eine Drehachse mittels einer Drehantriebsvorrichtung, wobei ein Stützkörper der Heizkammer mittels der Drehantriebsvorrichtung in eine Rotation um die Drehachse versetzbar ist, wobei ein Innenbehälter der Heizkammer mittels einer Drehkopplungsvorrich tung der Heizkammer mit dem Stützkörper drehgekoppelt ist. Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens zum Betreiben einer Wärmeüber tragervorrichtung ist vorgesehen, dass an dem Innenbehälter angeordnete Drehkopplungselemente eines ersten Drehkopplungsabschnitts der Drehkopp lungsvorrichtung jeweils zwei Führungsflächen umfassen, wobei jeweils ein an dem Stützkörper angeordnetes Drehkopplungselement des ersten Drehkopp lungsabschnitts zwischen den zwei Führungsflächen geführt ist und sich bei einer Rotation der Heizkammer um die Drehachse jeweils abwechselnd an den zwei Führungsflächen abstützt. Rotation of a heating chamber of the heat exchanger device about an axis of rotation by means of a rotary drive device, a support body of the heating chamber being able to be set in rotation about the axis of rotation by means of the rotary drive device, an inner container of the heating chamber being rotatably coupled to the support body by means of a rotary coupling device of the heating chamber. In one embodiment of the method for operating a heat transfer device, it is provided that rotary coupling elements of a first rotary coupling section of the rotary coupling device arranged on the inner container each comprise two guide surfaces, with a rotary coupling element of the first rotary coupling section arranged on the support body being guided between the two guide surfaces and on each other when the heating chamber rotates about the axis of rotation, is alternately supported on the two guide surfaces.
Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens zum Betreiben einer Wärmeüber tragervorrichtung ist vorgesehen, dass ein oder mehrere an dem Innenbe hälter angeordnete Drehkopplungselemente eines ersten Drehkopplungsab schnitts der Drehkopplungsvorrichtung jeweils ein axiales Anschlagelement für ein oder mehrere an dem Stützkörper angeordnete Drehkopplungselemente umfassen, wobei das axiale Anschlagelement eines jeweiligen an dem Innen behälter angeordneten Drehkopplungselements des ersten Drehkopplungsab schnitts zwei Abstützflächen umfasst, wobei sich ein an dem Stützkörper angeordnetes Drehkopplungselement des ersten Drehkopplungsabschnitts bei einer Rotation der Heizkammer um die Drehachse jeweils abwechselnd an den zwei Abstützflächen abstützt. In one embodiment of the method for operating a heat transfer device it is provided that one or more rotary coupling elements arranged on the inner container of a first rotary coupling section of the rotary coupling device each comprise an axial stop element for one or more rotary coupling elements arranged on the support body, the axial stop element of a respective on the inner container arranged rotary coupling element of the first Drehkopplungsab section comprises two support surfaces, wherein a rotary coupling element arranged on the support body of the first rotary coupling portion is supported alternately on the two support surfaces when the heating chamber rotates about the axis of rotation.
Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens zum Betreiben einer Wärmeüber tragervorrichtung ist vorgesehen, dass an dem Innenbehälter angeordnete Drehkopplungselemente eines oder mehrerer weiterer Drehkopplungsab schnitte der Drehkopplungsvorrichtung jeweils zwei Führungsflächen umfassen, wobei jeweils ein an dem Stützkörper angeordnetes Drehkopp lungselement des einen oder der mehreren weiteren Drehkopplungsabschnitte zwischen den zwei Führungsflächen geführt ist und sich bei einer Rotation der Heizkammer um die Drehachse jeweils abwechselnd an den zwei Führungs flächen abstützt. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen einer Wärmeübertragervorrichtung, insbesondere einer Solarstrahlungsempfänger vorrichtung, vorzugsweise einer erfindungsgemäßen Wärmeübertragervorrich tung. In one embodiment of the method for operating a heat transfer device, provision is made for the rotary coupling elements of one or more further rotary coupling sections of the rotary coupling device arranged on the inner container to each comprise two guide surfaces, with a rotary coupling element arranged on the support body of the one or more further rotary coupling sections between the two guide surfaces is guided and is supported alternately on the two guide surfaces when the heating chamber rotates about the axis of rotation. The present invention also relates to a method for producing a heat exchanger device, in particular a solar radiation receiver device, preferably a heat exchanger device according to the invention.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die weitere Aufgabe zugrunde, eine Wärmeübertragervorrichtung, insbesondere eine Solarstrahlungsempfänger vorrichtung, vorzugsweise eine erfindungsgemäße Wärmeübertragervorrich tung, bereitzustellen, welche einfach und kostengünstig herstellbar ist und welche insbesondere einen hohen Wirkungsgrad und eine verlängerte Haltbar keit aufweist. The present invention is therefore based on the further object of providing a heat exchanger device, in particular a solar radiation receiver device, preferably a heat exchanger device according to the invention, which can be produced easily and inexpensively and which in particular has a high degree of efficiency and an extended shelf life.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Herstellen einer Wärmeüber tragervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 35 gelöst. This object is achieved by a method for producing a heat transfer device having the features of claim 35.
Das Verfahren umfasst vorzugsweise Folgendes: The method preferably comprises:
Bereitstellen eines Stützkörpers; Providing a support body;
Bereitstellen eines Innenbehälters; Providing an inner container;
Anordnen des Innenbehälters in dem Stützkörper; Arranging the inner container in the support body;
Anordnen von Drehkopplungselementen eines ersten Drehkopplungs abschnitts und/oder eines oder mehrerer weiterer Drehkopplungs abschnitte an dem Innenbehälter; und Arranging rotary coupling elements of a first rotary coupling section and / or one or more further rotary coupling sections on the inner container; and
Anordnen von Drehkopplungselementen eines ersten Drehkopplungs abschnitts und/oder eines oder mehrerer weiterer Drehkopplungs abschnitte an dem Stützkörper. Arranging rotary coupling elements of a first rotary coupling section and / or one or more further rotary coupling sections on the support body.
Die Verfahrensschritte werden vorzugsweise in der oben angegebenen Reihen folge durchgeführt. The process steps are preferably carried out in the order given above.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer Wärmeübertragervor richtung weist vorzugsweise einzelne oder mehrere der im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Wärmeübertragervorrichtung beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile auf. Die erfindungsgemäße Wärmeübertragervorrichtung weist vorzugsweise ein zelne oder mehrere der im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Ver fahren zum Herstellen einer Wärmeübertragervorrichtung beschriebenen Merk male und/oder Vorteile auf. The method according to the invention for producing a heat exchanger device preferably has one or more of the features and / or advantages described in connection with the heat exchanger device according to the invention. The heat transfer device according to the invention preferably has one or more of the features and / or advantages described in connection with the method according to the invention for producing a heat transfer device.
Dabei werden insbesondere stützkörperseitige Drehkopplungselemente an dem Stützkörper festgelegt, wobei an dem Innenbehälter innenbehälterseitige Drehkopplungselemente festlegt werden. In particular, rotary coupling elements on the support body side are fixed on the support body, with rotary coupling elements on the inner container side being fixed on the inner container.
Vorzugsweise ist jeweils einem stützkörperseitigen Drehkopplungselement jeweils ein innenbehälterseitiges Drehkopplungselement zugeordnet. A rotary coupling element on the inner container side is preferably assigned to each rotary coupling element on the support body side.
Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens zum Herstellen einer Wärmeüber tragervorrichtung ist vorgesehen, dass Drehkopplungselemente, welche an dem Innenbehälter angeordnet werden, über jeweils eine Öffnung in dem Stützkörper an dem Innenbehälter angeordnet werden. In one embodiment of the method for producing a heat transfer device, it is provided that rotary coupling elements which are arranged on the inner container are arranged on the inner container via an opening in the support body.
Vorzugsweise wird eine jeweilige Öffnung in dem Stützkörper, über welche ein Drehkopplungselement an dem Innenbehälter angeordnet wird, beim Anordnen eines Drehkopplungselements an dem Stützkörper verschlossen. A respective opening in the support body, via which a rotary coupling element is arranged on the inner container, is preferably closed when a rotary coupling element is arranged on the support body.
Eine jeweilige in dem Stützkörper angeordnete Öffnung, über welche ein Dreh kopplungselement an dem Innenbehälter angeordnet wird, ist vorzugsweise in einer Mantelfläche des Stützkörpers angeordnet. A respective opening arranged in the support body, via which a rotary coupling element is arranged on the inner container, is preferably arranged in a lateral surface of the support body.
Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens zum Herstellen einer Wärmeüber tragervorrichtung ist vorgesehen, dass vor dem Anordnen des Innenbehälters in dem Stützkörper ein Isolationsmaterial an dem Stützkörper angeordnet wird. In one embodiment of the method for producing a heat transfer device, it is provided that an insulation material is arranged on the support body before the inner container is arranged in the support body.
Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens zum Herstellen einer Wärmeüber tragervorrichtung ist vorgesehen, dass das Isolationsmaterial vor dem Anordnen der Drehkopplungselemente an dem Innenbehälter und an demIn one embodiment of the method for producing a heat transfer device, it is provided that the insulation material before Arranging the rotary coupling elements on the inner container and on the
Stützkörper an einer dem Innenbehälter zugewandten inneren Oberfläche desSupport body on an inner surface of the inner container facing the inner container
Stützkörpers festgelegt wird. Support body is set.
Weitere Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nach folgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungs beispielen. Further features and / or advantages of the invention are the subject of the following description and the drawings of execution examples.
In den Zeichnungen zeigen: In the drawings show:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Funktionsweise eines solar thermischen Kraftwerks; 1 shows a schematic representation of the mode of operation of a solar thermal power plant;
Fig. 2 eine schematische perspektivische Darstellung einer Wärmeüber tragervorrichtung, welche als Solarstrahlungsempfängervorrichtung des solarthermischen Kraftwerks aus Fig. 1 verwendbar ist; FIG. 2 is a schematic perspective illustration of a heat transfer device which can be used as a solar radiation receiver device of the solar thermal power plant from FIG. 1; FIG.
Fig. 3 einen Ausschnitt einer schematischen Draufsicht auf die Wärme übertragervorrichtung aus Fig. 2 bei Blick in Richtung des Pfeils 3 in Fig. 2; 3 shows a detail of a schematic top view of the heat transfer device from FIG. 2 when looking in the direction of arrow 3 in FIG. 2;
Fig. 4 einen schematischen Schnitt durch die Wärmeübertragervorrich tung aus Fig. 2 längs der Linie IV-IV in Fig. 3; FIG. 4 shows a schematic section through the heat transfer device from FIG. 2 along the line IV-IV in FIG. 3;
Fig. 5 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs V in Fig. 4; FIG. 5 shows an enlarged illustration of the area V in FIG. 4; FIG.
Fig. 6 eine schematische Perspektive Darstellung eines Teils der Wärme übertragervorrichtung aus Fig. 2 von hinten; FIG. 6 shows a schematic perspective illustration of part of the heat transfer device from FIG. 2 from the rear; FIG.
Fig. 7 eine schematische perspektivische Darstellung einer Heizkammer der Wärmeübertragervorrichtung aus Fig. 2; 7 shows a schematic perspective illustration of a heating chamber of the heat transfer device from FIG. 2;
Fig. 8 eine schematische Frontansicht der Heizkammer aus Fig. 7; Fig. 9 eine schematische perspektivische Darstellung von Drehkopplungs elementen eines ersten Drehkoppelabschnitts einer Drehkopp lungsvorrichtung der Wärmeübertragervorrichtung; FIG. 8 is a schematic front view of the heating chamber from FIG. 7; FIG. 9 shows a schematic perspective illustration of rotary coupling elements of a first rotary coupling section of a rotary coupling device of the heat transfer device;
Fig. 10 eine schematische Explosionsdarstellung der Drehkopplungs elemente aus Fig. 9; Fig. 10 is a schematic exploded view of the rotary coupling elements from Fig. 9;
Fig. 11 einen schematischen Schnitt durch die Drehkopplungselemente des ersten Drehkopplungsabschnitts aus Fig. 9 bei einer Belastung in einer Abwärtsbewegung; 11 shows a schematic section through the rotary coupling elements of the first rotary coupling section from FIG. 9 during a load in a downward movement;
Fig. 12 einen schematischen Schnitt durch die Drehkopplungselemente des ersten Drehkopplungsabschnitts aus Fig. 9 bei einer Belastung in einer Aufwärtsbewegung; FIG. 12 shows a schematic section through the rotary coupling elements of the first rotary coupling section from FIG. 9 with a load in an upward movement; FIG.
Fig. 13 eine schematische perspektivische Darstellung von Drehkopplungs elementen eines weiteren Drehkoppelabschnitts einer Drehkopp lungsvorrichtung der Wärmeübertragervorrichtung; 13 shows a schematic perspective illustration of rotary coupling elements of a further rotary coupling section of a rotary coupling device of the heat transfer device;
Fig. 14 eine schematische Explosionsdarstellung der Drehkopplungs elemente aus Fig. 13; 14 shows a schematic exploded view of the rotary coupling elements from FIG. 13;
Fig. 15 einen schematischen Schnitt durch die Drehkopplungselemente des weiteren Drehkopplungsabschnitts aus Fig. 13; und 15 shows a schematic section through the rotary coupling elements of the further rotary coupling section from FIG. 13; and
Fig. 16 eine schematische perspektivische Darstellung eines an einem16 shows a schematic perspective illustration of one on one
Stützkörper der Heizkammer aus Fig. 7 angeordneten Drehkopp lungselements; Support body of the heating chamber from Figure 7 arranged rotary coupling element;
Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in sämtlichen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Ein Ausführungsbeispiel eines solarthermischen Kraftwerks, welches in Fig. 1 schematisch gezeigt und dort mit 100 bezeichnet ist, umfasst insbesondere ein Heliostatenfeld 102 mit einer Mehrzahl von Heliostaten 104. Identical or functionally equivalent elements are provided with the same reference symbols in all figures. An exemplary embodiment of a solar thermal power plant, which is shown schematically in FIG. 1 and denoted there by 100, comprises in particular a heliostat field 102 with a plurality of heliostats 104.
Ein Heliostat 104 umfasst vorzugsweise eine Spiegelfläche 106, welche sich um mindestens zwei Achsen ausrichten lässt. A heliostat 104 preferably comprises a mirror surface 106 which can be aligned about at least two axes.
Solarstrahlung 108 lässt sich über die Spiegelflächen 106 des Heliostatenfelds 102 insbesondere gebündelt auf eine Solarstrahlungsempfängervorrichtung 110 richten. Auf die Solarstrahlungsempfängervorrichtung 110 gerichtete Solarstrahlung ist in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 112 angedeutet. Solar radiation 108 can be directed, in particular bundled, onto a solar radiation receiver device 110 via the mirror surfaces 106 of the heliostat field 102. Solar radiation directed onto the solar radiation receiver device 110 is indicated in FIG. 1 with the reference number 112.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst das solarthermische Kraftwerk 100 (mindestens) einen Turmreceiver 114, bei welchem die Solarstrahlungs empfängervorrichtung 110 insbesondere an einem Turm 116 beabstandet zu einem Boden 118 (bezogen auf die Schwerkraftrichtung G), das heißt erhöht, angeordnet ist. Die Heliostaten 104 sind vorzugsweise ebenfalls an dem Boden 118 angeordnet. In the exemplary embodiment shown, the solar thermal power plant 100 comprises (at least) one tower receiver 114, in which the solar radiation receiver device 110 is arranged in particular on a tower 116 at a distance from a floor 118 (in relation to the direction of gravity G), that is to say elevated. The heliostats 104 are preferably also arranged on the floor 118.
Die Solarstrahlungsempfängervorrichtung 110 ist insbesondere eine noch zu beschreibende Partikel-Solarstrahlungsempfängervorrichtung, welche mit Partikeln als Wärmeträgermedium betrieben wird. The solar radiation receiver device 110 is in particular a particle solar radiation receiver device to be described which is operated with particles as a heat transfer medium.
Das solarthermische Kraftwerk 100 umfasst einen ersten Kreislauf 120, weicher ein Partikelkreislauf ist. In diesem ersten Kreislauf 120 werden Partikel durch einen Wärmeübertrager 122 hindurchgeführt. Der erste Kreis lauf 120 weist einen Hochtemperaturzweig 124 und einen Niedertemperatur zweig 126 auf. Der Niedertemperaturzweig 126 führt von einem Ausgang 128 des Wärmeübertragers 122 zu einem Eingang 130 der (Partikel-) Solarstrah lungsempfängervorrichtung 110. Der Hochtemperaturzweig 124 führt von einem Ausgang 132 der Solarstrahlungsempfängervorrichtung 110 zu einem Eingang 134 des Wärmeübertragers 122. Partikel lassen sich dadurch über den Niedertemperaturzweig 126 der Solarstrahlungsempfängervorrichtung 110 zuführen und werden dort über Solarstrahlung aufgeheizt. Aufgeheizte Partikel lassen sich über den Hochtemperaturzweig 124 dem Wärmeübertrager 122 zuführen und können dort Wärme an einen zweiten Kreislauf 136 abgeben. The solar thermal power plant 100 comprises a first circuit 120, which is a particle circuit. In this first circuit 120, particles are passed through a heat exchanger 122. The first circuit 120 has a high-temperature branch 124 and a low-temperature branch 126. The low-temperature branch 126 leads from an output 128 of the heat exchanger 122 to an input 130 of the (particle) solar radiation receiver device 110. The high-temperature branch 124 leads from an output 132 of the solar radiation receiver device 110 to an input 134 of the heat exchanger 122 126 of the solar radiation receiver device 110 feed and are heated there by solar radiation. Heated particles can be fed to the heat exchanger 122 via the high-temperature branch 124 and can there give off heat to a second circuit 136.
Es kann dabei vorgesehen sein, dass in dem Niedertemperaturzweig 126 ein Wärmespeicher 138 (Niedertemperatur-Wärmespeicher) angeordnet ist. It can be provided that a heat store 138 (low temperature heat store) is arranged in the low-temperature branch 126.
Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass in dem Hochtemperaturzweig 124 ein Wärmespeicher 140 (Hochtemperatur-Wärmespeicher) angeordnet ist. As an alternative or in addition, it is possible for a heat store 140 (high-temperature heat store) to be arranged in the high-temperature branch 124.
Der zweite Kreislauf 136 ist ein Turbinenkreislauf. In ihm ist eine Turbine 142, insbesondere eine Dampfturbine, angeordnet, welche zur Erzeugung von elektrischer Energie an einen elektrischen Generator 144 gekoppelt ist. The second circuit 136 is a turbine circuit. A turbine 142, in particular a steam turbine, which is coupled to an electrical generator 144 for generating electrical energy, is arranged in it.
Der zweite Kreislauf 136 umfasst einen Hochtemperaturzweig 146, welcher von einem Ausgang 148 des Wärmeübertragers 122 zu der Turbine 142 führt. Ferner umfasst der zweite Kreislauf 136 einen Niedertemperaturzweig 150, welcher von der Turbine 142 oder einem der Turbine nachgeschalteten Kondensator 152 zu einem Eingang 154 des Wärmeübertragers 122 führt. The second circuit 136 comprises a high-temperature branch 146 which leads from an outlet 148 of the heat exchanger 122 to the turbine 142. The second circuit 136 further comprises a low-temperature branch 150, which leads from the turbine 142 or a condenser 152 connected downstream of the turbine to an input 154 of the heat exchanger 122.
In dem Niedertemperaturzweig 150 ist insbesondere eine Pumpe 156 ange ordnet, welche ein Fluid durch den zweiten Kreislauf 136 fördert. In the low-temperature branch 150, a pump 156, in particular, is arranged, which pumps a fluid through the second circuit 136.
An dem Wärmeübertrager 122 wird das Fluid des zweiten Kreislaufs 136 (ins besondere Wasser) erhitzt und hierdurch Dampf erzeugt. Dieser Dampf wird über den Hochtemperaturzweig 146 der Turbine 142 zugeführt und darin ent spannt. Hierdurch wird die thermische Energie in mechanische Energie gewandelt, welche den elektrischen Generator 144 zur Stromerzeugung antreibt. The fluid of the second circuit 136 (in particular water) is heated at the heat exchanger 122 and steam is generated as a result. This steam is fed to the turbine 142 via the high-temperature branch 146 and expanded therein. As a result, the thermal energy is converted into mechanical energy, which drives the electrical generator 144 to generate electricity.
Der Dampf wird entspannt und kondensiert schließlich an dem Kondensator 152 zu Wasser. Dieses Kondensat wird in dem Niedertemperaturzweig 150 dem Wärmeübertrager 122 zur erneuten Dampferzeugung zurückgeführt. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine einstufige Turbinenanordnung gezeigt. Es ist auch möglich, dass die Turbinenanordnung mehrstufig ist. The steam is expanded and finally condenses on the condenser 152 to form water. This condensate is returned in the low-temperature branch 150 to the heat exchanger 122 for renewed generation of steam. In The embodiment shown shows a single-stage turbine arrangement. It is also possible for the turbine arrangement to be multi-stage.
Alternativ oder zusätzlich zur Stromerzeugung ist es beispielsweise auch mög lich, dass eine Solarstrahlungsempfängervorrichtung 110 eingesetzt wird, um Prozesswärme zu erzeugen oder chemische Umwandlungen zu bewirken oder Brennstoffe herzustellen. Auch weitere Anwendungen sind denkbar. As an alternative or in addition to generating electricity, it is also possible, for example, for a solar radiation receiver device 110 to be used to generate process heat or to bring about chemical conversions or to produce fuels. Other applications are also conceivable.
Der grundlegende Aufbau einer Solarstrahlungsempfängervorrichtung 110 ist aus der DE 10 2010 062 367 Al und aus der DE 10 2014 106 320 Al bekannt, auf welche hiermit explizit Bezug genommen wird, und deren Inhalt hiermit durch Inbezugnahme zum Gegenstand dieser Anmeldung gemacht wird. The basic structure of a solar radiation receiver device 110 is known from DE 10 2010 062 367 A1 and from DE 10 2014 106 320 A1, to which reference is hereby made explicitly and the content of which is hereby made the subject of this application by reference.
Vorzugsweise wird das in Fig. 1 gezeigte solarthermische Kraftwerk 100 mit einer Solarstrahlungsempfängervorrichtung 110 betrieben, welche ent sprechend der in den Fig. 2 bis 14 dargestellten Wärmeübertragervorrichtung 158 ausgebildet ist. The solar thermal power plant 100 shown in FIG. 1 is preferably operated with a solar radiation receiver device 110, which is designed in accordance with the heat transfer device 158 shown in FIGS. 2 to 14.
Die Wärmeübertragervorrichtung 158 umfasst vorzugsweise eine Heizkammer 160. The heat transfer device 158 preferably comprises a heating chamber 160.
Die Wärmeübertragervorrichtung 158 umfasst vorzugsweise ferner eine Dreh antriebsvorrichtung 162 und eine Zuführvorrichtung 164 zur Zuführung eines in den Figuren zeichnerisch nicht dargestellten Wärmeträgermediums zu einem noch zu beschreibenden Innenraum der Heizkammer 160. The heat transfer device 158 preferably further comprises a rotary drive device 162 and a supply device 164 for supplying a heat transfer medium, not shown in the drawings, to an interior space of the heating chamber 160 that is yet to be described.
Die Heizkammer 160 umfasst vorzugsweise einen Stützkörper 166 und einen Innenbehälter 168, welcher insbesondere in dem Stützkörper 166 angeordnet ist und welcher eine Wandung 170 umfasst. The heating chamber 160 preferably comprises a support body 166 and an inner container 168, which is arranged in particular in the support body 166 and which comprises a wall 170.
Der Stützkörper 166 ist vorzugsweise ein Außenmantel 172 der Heizkammer 160. Der Stützkörper 166 der Heizkammer 160 ist vorzugsweise ein Strukturbau teil. The support body 166 is preferably an outer jacket 172 of the heating chamber 160. The support body 166 of the heating chamber 160 is preferably part of a structural component.
Der Innenbehälter 168 ist vorzugsweise ein Innenmantel 174, insbesondere ein sogenannter "Inliner", der Heizkammer 160. The inner container 168 is preferably an inner jacket 174, in particular a so-called “inliner”, of the heating chamber 160.
Die Wandung 170 umgibt insbesondere den Innenraum 176 der Heizkammer 160. The wall 170 in particular surrounds the interior 176 of the heating chamber 160.
Die Heizkammer 160 ist mittels der Drehantriebsvorrichtung 162 vorzugsweise um eine Drehachse 178 derart drehbar, dass das Wärmeträgermedium unter Ausbildung eines zeichnerisch nicht dargestellten Wärmeträgermedium-Films an einer Innenseite der Wandung 168 der Heizkammer 160 entlangführbar ist. The heating chamber 160 is preferably rotatable about an axis of rotation 178 by means of the rotary drive device 162 in such a way that the heat transfer medium can be guided along an inside of the wall 168 of the heating chamber 160 with the formation of a heat transfer medium film (not shown in the drawing).
Die Drehantriebsvorrichtung 162 umfasst vorzugsweise ein oder mehrere Drehantriebselemente, mittels welcher der Stützkörper 166 in eine Rotation um die Drehachse 178 versetzbar ist. The rotary drive device 162 preferably comprises one or more rotary drive elements, by means of which the support body 166 can be set in rotation about the axis of rotation 178.
Ein oder mehrere Drehantriebselemente der Drehantriebsvorrichtung 162 treiben den Stützkörper 166 dabei vorzugsweise unmittelbar an. One or more rotary drive elements of the rotary drive device 162 preferably drive the support body 166 directly.
Die Drehachse 178 ist vorzugsweise relativ zur Schwerkraftrichtung G in einem Winkel im Bereich von ungefähr 15° bis ungefähr 60°, vorzugsweise im Bereich von ungefähr 30° bis ungefähr 45°, angeordnet. The axis of rotation 178 is preferably arranged relative to the direction of gravity G at an angle in the range from approximately 15 ° to approximately 60 °, preferably in the range from approximately 30 ° to approximately 45 °.
Der Innenbehälter 168 weist in einem senkrecht zu der Drehachse 178 genommenen Querschnitt beispielsweise einen Durchmesser 180 im Bereich von ungefähr 1,4 m bis ungefähr 2 m, beispielsweise von ungefähr 1,6 m auf. In a cross section taken perpendicular to the axis of rotation 178, the inner container 168 has, for example, a diameter 180 in the range from approximately 1.4 m to approximately 2 m, for example approximately 1.6 m.
Der Stützkörper 166 und der Innenbehälter 168 sind vorzugsweise im Wesent lichen hohlzylinderförmig ausgebildet. Der Stützkörper 166 und der Innenbehälter 168 weisen vorzugsweise senk recht zu der Drehachse 178 einen kreisringförmigen Querschnitt auf. The support body 166 and the inner container 168 are preferably formed essentially as a hollow cylinder. The support body 166 and the inner container 168 preferably have a circular cross-section perpendicular to the axis of rotation 178.
Der Innenbehälter 166 weist vorzugsweise eine konstante Materialstärke auf. The inner container 166 preferably has a constant material thickness.
Günstig kann es sein, wenn eine Materialstärke des Innenbehälters 168 im Bereich von ungefähr 1 mm bis ungefähr 3 mm liegt, beispielsweise im Bereich von ungefähr 2mm. It can be favorable if a material thickness of the inner container 168 is in the range from approximately 1 mm to approximately 3 mm, for example in the range of approximately 2 mm.
Vorzugsweise umfasst der Innenbehälter 168 ein hochtemperaturbeständiges Material oder ist aus diesem gebildet, beispielsweise ein metallisches Material, ein keramisches Material oder ein faserverstärktes keramisches Material. The inner container 168 preferably comprises or is formed from a high-temperature-resistant material, for example a metallic material, a ceramic material or a fiber-reinforced ceramic material.
Das hochtemperaturbeständige Material des Innenbehälters 168 ist beispiels weise eine Hochtemperaturlegierung. The high-temperature-resistant material of the inner container 168 is, for example, a high-temperature alloy.
Günstig kann es sein, wenn der Stützkörper 166 ein metallisches Material, ein keramisches Material oder ein faserverstärktes Kunststoffmaterial umfasst oder aus diesem gebildet ist. It can be favorable if the support body 166 comprises a metallic material, a ceramic material or a fiber-reinforced plastic material or is formed from this.
Beispielsweise ist es denkbar, dass der Stützkörper 166 ein Metallrohr ist. For example, it is conceivable that the support body 166 is a metal tube.
Günstig kann es sein, wenn der Stützkörper 166 eine gemittelte Wandstärke im Bereich von ungefähr 3 mm bis ungefähr 20 mm aufweist. It can be favorable if the support body 166 has an average wall thickness in the range from approximately 3 mm to approximately 20 mm.
Ein bezüglich der Schwerkraftrichtung G unteres Ende 182 der Heizkammer 160 ist insbesondere offen ausgebildet, so dass eine Eintrittsöffnung 184 der Heizkammer 160 gebildet ist. A lower end 182 of the heating chamber 160 with respect to the direction of gravity G is in particular designed to be open, so that an inlet opening 184 of the heating chamber 160 is formed.
Durch diese Eintrittsöffnung 184 kann Solarstrahlung 112 in den Innenraum 176 der Heizkammer 160 gelangen. Aufgrund der Rotation der Heizkammer 160 um die Drehachse 178 breitet sich das Wärmeträgermedium auf der Wandung 170 aus und bildet hierdurch einen Wärmeträgermedium- Film. Solar radiation 112 can enter the interior 176 of the heating chamber 160 through this inlet opening 184. Due to the rotation of the heating chamber 160 about the axis of rotation 178, the heat transfer medium spreads on the wall 170 and thereby forms a heat transfer medium film.
Günstig ist es, wenn die Heizkammer 160 einen Einkopplungsbereich 186 für Wärmeträgermedium und einen Auskopplungsbereich 188 für Wärmeträger medium aufweist. It is favorable if the heating chamber 160 has a coupling-in area 186 for the heat transfer medium and a coupling-out area 188 for the heat transfer medium.
Vorzugsweise liegt der Einkopplungsbereich 186 bezogen auf die Schwerkraft richtung G oberhalb des Auskopplungsbereichs 188. In relation to the direction of gravity G, the coupling-in area 186 is preferably above the coupling-out area 188.
An dem Einkopplungsbereich 186 wird insbesondere "kaltes" Wärmeträger medium eingekoppelt und an dem Auskopplungsbereich 188 wird "heißes" Wärmeträgermedium ausgekoppelt. In particular, “cold” heat transfer medium is coupled in at the coupling-in region 186 and “hot” heat-transfer medium is coupled out at the coupling-out region 188.
Das Wärmeträgermedium wird insbesondere in der Schwerkraftrichtung G durch die Heizkammer 160 durchgeführt und dabei vorzugsweise von einem in Schwerkraftrichtung G oberen Ende 190 zu dem unteren Ende 182 transpor tiert, insbesondere gefördert. The heat transfer medium is passed through the heating chamber 160 in particular in the direction of gravity G and is preferably transported, in particular conveyed, from an upper end 190 in the direction of gravity G to the lower end 182.
Günstig kann es sein, wenn das Wärmeträgermedium Partikel oder Teilchen umfasst oder aus diesem gebildet ist, beispielsweise Partikel oder Teilchen aus gesintertem Bauxit. It can be favorable if the heat transfer medium comprises or is formed from particles or particles, for example particles or particles made of sintered bauxite.
Die Partikel oder Teilchen weisen vorzugsweise einen durchschnittlichen Teil chendurchmesser von ungefähr 250 pm bis ungefähr 1,8 mm auf. The particles or particles preferably have an average particle diameter of about 250 μm to about 1.8 mm.
Günstig kann es sein, wenn die Wandung 168 des Innenbehälters einen Mittenrauwert im Bereich von ungefähr dem 0,5-fachen eines durchschnitt lichen Teilchendurchmessers der Partikel oder Teilchen bis ungefähr dem 1,0- fachen eines durchschnittlichen Teilchendurchmessers der Partikel oder Teil chen aufweist. Günstig kann es ferner sein, wenn die Wandung des Innenbehälters 166 eine gemittelte Rautiefe im Bereich von ungefähr dem 0,5-fachen eines durch schnittlichen Teilchendurchmessers der Partikel oder Teilchen bis ungefähr dem 1,0-fachen eines durchschnittlichen Teilchendurchmessers der Partikel oder Teilchen aufweist. It can be favorable if the wall 168 of the inner container has a mean roughness value in the range from approximately 0.5 times an average particle diameter of the particles or particles to approximately 1.0 times an average particle diameter of the particles or particles. It can also be favorable if the wall of the inner container 166 has an average roughness in the range from approximately 0.5 times an average particle diameter of the particles or particles to approximately 1.0 times an average particle diameter of the particles or particles.
Im Betrieb der Wärmeübertragervorrichtung 158 bildet sich vorzugsweise ein Wärmeträgermedium-Film, welcher senkrecht zu der Drehachse 178 in einer radialen Richtung 192 eine Dicke im Bereich von ungefähr einem einfachen durchschnittlichen Teilchendurchmesser der Partikel oder Teilchen bis ungefähr einem dreifachen durchschnittlichen Teilchendurchmesser der Partikel oder Teilchen aufweist. During operation of the heat transfer device 158, a heat transfer medium film is preferably formed which, perpendicular to the axis of rotation 178 in a radial direction 192, has a thickness in the range from approximately a simple average particle diameter of the particles or particles to approximately three times the average particle diameter of the particles or particles.
Vorzugsweise ergibt sich bei dem Wärmeträgermedium bis mindestens unge fähr 800 °C, insbesondere bis mindestens ungefähr 1.000 °C, keine Agglo meration von Partikeln oder Teilchen. In the case of the heat transfer medium, there is preferably no agglomeration of particles or particles up to at least approximately 800 ° C., in particular up to at least approximately 1,000 ° C..
Die Partikel oder Teilchen weisen vorzugsweise eine hohe Sphärizität, insbe sondere größer als ungefähr 0,8, insbesondere größer als ungefähr 0,9, auf. The particles or particles preferably have a high sphericity, in particular greater than approximately 0.8, in particular greater than approximately 0.9.
Vorzugsweise sind die Partikel oder Teilchen thermoschockbeständig. The particles or particles are preferably resistant to thermal shock.
Durch entsprechend schnelle Rotation der Heizkammer 160 lässt sich vorzugs weise erreichen, dass Fliehkräfte das Wärmeträgermedium an die Wandung 170 drücken und man dadurch eine erhöhte Wandhaftung erhält. By correspondingly rapid rotation of the heating chamber 160, it can be achieved that centrifugal forces press the heat transfer medium against the wall 170 and thereby an increased wall adhesion is obtained.
Dadurch wiederum lässt sich insbesondere die Aufenthaltszeit des Wärme trägermediums in der Heizkammer 160 vergrößern. As a result, in particular, the residence time of the heat transfer medium in the heating chamber 160 can be increased.
Weiterhin kann dadurch vorzugsweise das Wärmeträgermedium eine tangen tiale Geschwindigkeit erhalten. Dadurch lässt sich insbesondere der Wärme trägermedium-Verlust (das heißt der Durchlauf von Wärmeträgermedium ohne ausreichende Erhitzung in der Heizkammer 160) reduzieren, da Wärmeträger medium nach außen gegen die Wandung 170 verlagert wird. Durch eine Tangentialgeschwindigkeit lässt sich vorzugsweise auch ein Temperaturaus gleich in Umfangsrichtung erreichen, da beispielsweise unterschiedliche Zonen in Umfangsrichtung mehrfach von Wärmeträgermedium durchlaufen werden. Dadurch erhält man vorzugsweise eine homogenere Temperaturverteilung beim Austritt des Wärmeträgermediums aus der Heizkammer 160. Furthermore, the heat transfer medium can thereby preferably receive a tangential velocity. This makes it possible in particular to reduce the loss of heat transfer medium (i.e. the passage of heat transfer medium without Reduce sufficient heating in the heating chamber 160), since the heat transfer medium is shifted to the outside against the wall 170. A temperature compensation can preferably also be achieved in the circumferential direction by means of a tangential speed, since, for example, different zones are repeatedly traversed by the heat transfer medium in the circumferential direction. In this way, a more homogeneous temperature distribution is preferably obtained when the heat transfer medium emerges from the heating chamber 160.
Die Drehzahl wird insbesondere so hoch gewählt, dass sich ein optisch dichter oder annähernd dichter Wärmeträgermedium-Film über den gesamten Umfang der Wandung 170 ergibt. In particular, the speed is selected to be so high that an optically dense or approximately dense heat transfer medium film is produced over the entire circumference of the wall 170.
Es lässt sich insbesondere die Aufenthaltszeit des Wärmeträgermediums in dem Innenraum erhöhen. Dadurch lässt sich vorzugsweise der Wirkungsgrad der Wärmeübertragervorrichtung 158 erhöhen. In particular, the residence time of the heat transfer medium in the interior can be increased. In this way, the efficiency of the heat transfer device 158 can preferably be increased.
Um einen möglichst zusammenhängenden Wärmeträgermedium-Film zu erzeugen, werden vorzugsweise der Winkel zwischen der Drehachse 178 und der Schwerkraftrichtung G und die Rotationsgeschwindigkeit der Heizkammer 160 aneinander angepasst. An die Anpassung können auch noch Eigenschaften des Wärmeträgermediums und der Wandung 168 und insbesondere die Reibungseigenschaften eingehen. In order to produce a heat transfer medium film that is as coherent as possible, the angle between the axis of rotation 178 and the direction of gravity G and the speed of rotation of the heating chamber 160 are preferably adapted to one another. Properties of the heat transfer medium and the wall 168, and in particular the friction properties, can also be included in the adaptation.
Die Heizkammer 160 der in den Figuren 2 bis 16 dargestellten Wärmeüber tragervorrichtung 158 umfasst vorzugsweise eine Drehkopplungsvorrichtung 194, mittels welcher der Innenbehälter 168 mit dem Stützkörper 166 dreh gekoppelt ist. The heating chamber 160 of the heat transfer device 158 shown in FIGS. 2 to 16 preferably comprises a rotary coupling device 194, by means of which the inner container 168 is rotatably coupled to the support body 166.
Vorzugsweise ist der Innenbehälter 168 aufgrund einer Drehkopplung des selben mit dem Stützkörper 166 durch Versetzen des Stützkörpers 166 in eine Rotation um die Drehachse 178 ebenfalls in eine Rotation um die Drehachse 178 versetzbar. Die Drehkopplungsvorrichtung 194 umfasst vorzugsweise einen ersten Dreh kopplungsabschnitt 196 und zwei weitere Drehkopplungsabschnitte 198. Preferably, the inner container 168 can also be set into rotation about the axis of rotation 178 due to a rotational coupling of the same to the support body 166 by setting the support body 166 in rotation about the axis of rotation 178. The rotary coupling device 194 preferably comprises a first rotary coupling section 196 and two further rotary coupling sections 198.
Der Innenbehälter 168 ist mittels der Drehkopplungsabschnitte 196, 198 der Drehkopplungsvorrichtung 194 vorzugsweise mit dem Stützkörper 166 dreh gekoppelt. The inner container 168 is preferably rotatably coupled to the support body 166 by means of the rotary coupling sections 196, 198 of the rotary coupling device 194.
Der erste Drehkopplungsabschnitt 196 ist in Schwerkraftrichtung G vorzugs weise oberhalb der zwei weiteren Drehkopplungsabschnitte 198 angeordnet. The first rotary coupling section 196 is preferably arranged in the direction of gravity G above the two further rotary coupling sections 198.
Der erste Drehkopplungsabschnitt 196 und die zwei weiteren Drehkopplungs abschnitte 198 umfassen vorzugsweise jeweils mehrere Drehkopplungsele mente 200, welche an dem Stützkörper 166 angeordnet sind, und mehrere Drehkopplungselemente 202, welche an dem Innenbehälter 168 angeordnet sind. The first rotary coupling section 196 and the two further rotary coupling sections 198 preferably each comprise a plurality of rotary coupling elements 200 which are arranged on the support body 166 and a plurality of rotary coupling elements 202 which are arranged on the inner container 168.
An dem Stützkörper 166 angeordnete Drehkopplungselemente 200 sind insbe sondere stützkörperseitige Drehkopplungselemente 204. Rotary coupling elements 200 arranged on the support body 166 are, in particular, rotary coupling elements 204 on the support body side.
Stützkörperseitige Drehkopplungselemente 204 sind vorzugsweise an dem Stützkörper 166 festgelegt, beispielsweise mit diesem verschraubt. Rotary coupling elements 204 on the support body side are preferably fixed to the support body 166, for example screwed to it.
An dem Innenbehälter 168 angeordnete Drehkopplungselemente 202 sind ins besondere innenbehälterseitige Drehkopplungselemente 206. Rotary coupling elements 202 arranged on the inner container 168 are in particular rotary coupling elements 206 on the inner container side.
Innenbehälterseitige Drehkopplungselemente 206 sind vorzugsweise mittelbar oder unmittelbar an dem Innenbehälter 168 festgelegt, beispielsweise mit diesem verschraubt. Rotary coupling elements 206 on the inner container side are preferably fixed directly or indirectly to the inner container 168, for example screwed to it.
Beispielsweise ist es denkbar, dass Drehkopplungselemente 202, welche an dem Innenbehälter 168 angeordnet sind, jeweils an einem Stützring 208 fest gelegt sind. An einem jeweiligen Stützring 208 festgelegte Drehkopplungselemente 202 sind beispielsweise mit dem Stützring 208 verschraubt. For example, it is conceivable that rotary coupling elements 202, which are arranged on the inner container 168, are each firmly attached to a support ring 208. Rotary coupling elements 202 fixed on a respective support ring 208 are screwed to the support ring 208, for example.
Mittels eines oder mehrerer Stützringe 208 kann vorzugsweise eine Rundheit des Innenbehälters 168 gewährleistet werden. A roundness of the inner container 168 can preferably be ensured by means of one or more support rings 208.
Die Heizkammer 160 umfasst beispielsweise drei Stützringe 208 zum Stützen des Innenbehälters 166, wobei vorzugsweise jedem Drehkopplungsabschnitt 196, 198 jeweils ein Stützring 208 zugeordnet ist. The heating chamber 160 comprises, for example, three support rings 208 for supporting the inner container 166, a support ring 208 preferably being assigned to each rotary coupling section 196, 198.
Die Stützringe 208 sind ringförmig geschlossen ausgebildet und insbesondere aus demselben Material gebildet wie der Innenbehälter 168. The support rings 208 are designed to be closed in an annular manner and, in particular, are made of the same material as the inner container 168.
Die Stützringe 208 weisen beispielsweise einen U-förmigen Querschnitt auf. The support rings 208 have, for example, a U-shaped cross section.
Die Stützringe 208 sind vorzugsweise an dem Innenbehälter 168 festgelegt und insbesondere radial außerhalb des Innenbehälters 168 angeordnet. The support rings 208 are preferably fixed on the inner container 168 and, in particular, are arranged radially outside the inner container 168.
Der erste Drehkopplungsabschnitt 196 umfasst beispielsweise vier Drehkopp lungselemente 200, welche an dem Stützkörper 166 angeordnet sind und vier Drehkopplungselemente 202, welche an dem Innenbehälter 168angeordnet sind. The first rotary coupling section 196 comprises, for example, four rotary coupling elements 200 which are arranged on the support body 166 and four rotary coupling elements 202 which are arranged on the inner container 168.
Günstig kann es ferner sein, wenn die zwei weiteren Drehkopplungsabschnitte 202 jeweils fünf Drehkopplungselemente 200 umfassen, welche an dem Stütz körper 166 angeordnet sind, und ferner jeweils fünf Drehkopplungselemente 202 umfassen, welche an dem Innenbehälter 168 angeordnet sind. It can furthermore be favorable if the two further rotary coupling sections 202 each comprise five rotary coupling elements 200 which are arranged on the support body 166, and furthermore each comprise five rotary coupling elements 202 which are arranged on the inner container 168.
Jeweils einem Drehkopplungselement 200, welches an dem Stützkörper 166 angeordnet ist, ist vorzugsweise jeweils ein Drehkopplungselement 202 zuge ordnet, welches an dem Innenbehälter 168 angeordnet ist. Die Drehkopplungselemente 200, 202 der Drehkopplungsabschnitte 196, 198 sind vorzugsweise gleichmäßig verteilt über einen Umfang der Heizkammer 160 angeordnet. In each case a rotary coupling element 200, which is arranged on the support body 166, is preferably assigned a rotary coupling element 202, which is arranged on the inner container 168. The rotary coupling elements 200, 202 of the rotary coupling sections 196, 198 are preferably arranged in a uniformly distributed manner over a circumference of the heating chamber 160.
Vorzugsweise sind sämtliche Drehkopplungselemente 200, 202 eines jewei ligen Drehkopplungsabschnitts 196, 198 bezogen auf eine axiale Richtung 210 im Wesentlichen auf derselben Höhe angeordnet. Preferably, all of the rotary coupling elements 200, 202 of a respective rotary coupling section 196, 198 are arranged essentially at the same height in relation to an axial direction 210.
Vorzugsweise stützt sich der Innenbehälter 168 mittels des ersten Drehkopp lungsabschnitts 196 in der Schwerkraftrichtung G an dem Stützkörper 166 ab. Dabei stützt sich der Innenbehälter 168 insbesondere mittels der Drehkopp lungselemente 202 des ersten Drehkopplungsabschnitts 196, welche an dem Innenbehälter 168 angeordnet sind, an den Drehkopplungselementen 200 des ersten Drehkopplungsabschnitts 196 ab, welche an dem Stützkörper 166 angeordnet sind. The inner container 168 is preferably supported on the support body 166 in the direction of gravity G by means of the first rotary coupling section 196. The inner container 168 is supported in particular by means of the rotary coupling elements 202 of the first rotary coupling section 196, which are arranged on the inner container 168, on the rotary coupling elements 200 of the first rotary coupling section 196, which are arranged on the support body 166.
Der Innenbehälter 168 stützt sich dabei mittels des ersten Drehkopplungs abschnitts 196 an dem Stützkörper 166 insbesondere in der axialen Richtung 210 ab. The inner container 168 is supported by means of the first rotary coupling section 196 on the support body 166, in particular in the axial direction 210.
Vorzugsweise wird dabei eine parallel zu der Drehachse 178 und/oder in axia ler Richtung 210 wirkende Kraftkomponente der auf den Innenbehälter 168 wirkenden Gewichtskraft mittels des ersten Drehkopplungsabschnitts 196 auf genommen. Preferably, a force component of the weight acting on the inner container 168 acting parallel to the axis of rotation 178 and / or in the axial direction 210 is absorbed by means of the first rotary coupling section 196.
An dem Stützkörper 166 angeordnete Drehkopplungselemente 200 des ersten Drehkopplungsabschnitts 196 bilden in der axialen Richtung 210 insbesondere ein Widerlager für an dem Innenbehälter 168 angeordnete Drehkopplungsele mente 202 des ersten Drehkopplungsabschnitts 196. Rotary coupling elements 200 of the first rotary coupling section 196 arranged on the support body 166 form, in the axial direction 210, in particular an abutment for rotary coupling elements 202 of the first rotary coupling section 196 arranged on the inner container 168.
Der erste Drehkopplungsabschnitt 196 bildet dabei vorzugsweise ein axiales Festlager. An dem Innenbehälter 168 angeordnete Drehkopplungselemente 202 des ersten Drehkopplungsabschnitts 196 umfassen vorzugsweise jeweils zwei Füh rungsflächen 212. The first rotary coupling section 196 preferably forms an axial fixed bearing. Rotary coupling elements 202 of the first rotary coupling section 196, which are arranged on the inner container 168, preferably each comprise two guide surfaces 212.
Vorzugsweise ist jeweils ein an dem Stützkörper 166 angeordnetes Drehkopp lungselement 200 des ersten Drehkopplungsabschnitts 196 zwischen den zwei Führungsflächen 212 geführt. A rotary coupling element 200 of the first rotary coupling section 196, which is arranged on the support body 166, is preferably guided between the two guide surfaces 212.
Die zwei Führungsflächen 212 der Drehkopplungselemente 202 des ersten Drehkopplungsabschnitts 196 sind insbesondere parallel zueinander und/oder parallel zu der radialen Richtung 192 angeordnet. The two guide surfaces 212 of the rotary coupling elements 202 of the first rotary coupling section 196 are in particular arranged parallel to one another and / or parallel to the radial direction 192.
Vorzugsweise kann durch eine derartige Anordnung der zwei Führungsflächen 212 der Drehkopplungselemente 202 des ersten Drehkopplungsabschnitts 196 ermöglicht werden, dass die Drehkopplungselemente 202, welche an dem Innenbehälter 168 angeordnet sind, in der radialen Richtung 192 relativ zu den Drehkopplungselementen 202, welche an dem Stützkörper 166 ange ordnet sind, verlagerbar sind. Such an arrangement of the two guide surfaces 212 of the rotary coupling elements 202 of the first rotary coupling section 196 can preferably enable the rotary coupling elements 202, which are arranged on the inner container 168, in the radial direction 192 relative to the rotary coupling elements 202, which are attached to the support body 166 are arranged, are relocatable.
Die an dem Innenbehälter 168 angeordneten Drehkopplungselemente 202 des ersten Drehkopplungsabschnitts 196 umfassen vorzugsweise jeweils ein axia les Anschlagelement 214 für die an dem Stützkörper 166 angeordneten Dreh kopplungselemente 200. The rotary coupling elements 202 of the first rotary coupling section 196 arranged on the inner container 168 preferably each include an axial stop element 214 for the rotary coupling elements 200 arranged on the support body 166.
Das axiale Anschlagelement 214 eines jeweiligen an dem Innenbehälter 166 angeordneten Drehkopplungselements 200 des ersten Drehkopplungsab schnitts 196 umfasst insbesondere zwei Abstützflächen 216. The axial stop element 214 of a respective rotary coupling element 200, arranged on the inner container 166, of the first rotary coupling section 196 comprises, in particular, two support surfaces 216.
Vorzugsweise ist die Abstützfläche 216 der axialen Anschlagelemente 214 der an dem Innenbehälter 168 angeordneten Drehkopplungselemente 202 des ersten Drehkopplungsabschnitts 196 im Wesentlichen eben ausgebildet. Günstig kann es sein, wenn die Führungsflächen 212 und die Abstützflächen 216 der Drehkopplungselemente 202 des ersten Drehkopplungsabschnitts 196 symmetrisch zu einer durch die Drehachse 178 und die radiale Richtung 192 aufgespannten Ebene angeordnet sind. Preferably, the support surface 216 of the axial stop elements 214 of the rotary coupling elements 202 of the first rotary coupling section 196 arranged on the inner container 168 is essentially flat. It can be favorable if the guide surfaces 212 and the support surfaces 216 of the rotary coupling elements 202 of the first rotary coupling section 196 are arranged symmetrically to a plane spanned by the axis of rotation 178 and the radial direction 192.
Günstig kann es insbesondere sein, wenn ein Winkel 218 zwischen einer Ebene 220, in weicher eine Führungsfläche 212 eines jeweiligen Drehkopplungsele ments 202 des ersten Drehkopplungsabschnitts 196 angeordnet ist, und einer Ebene 222, in welcher eine der Führungsfläche 212 benachbarte Abstützfläche 216 des jeweiligen Drehkopplungselements 202 des ersten Drehkopplungsab schnitts 196 angeordnet ist, größer ist als ein Winkel zwischen der axialen Richtung 210 und der Richtung eines resultierenden Kraftvektors der auf das Drehkopplungselement 202 wirkenden Axialkraft und der auf das Drehkopp lungselement 202 wirkenden Radialkraft. It can be particularly favorable if an angle 218 is arranged between a plane 220, in which a guide surface 212 of a respective rotary coupling element 202 of the first rotary coupling section 196, and a plane 222, in which a support surface 216 of the respective rotary coupling element 202 adjacent to the guide surface 212 of the first Drehkopplungsab section 196 is arranged greater than an angle between the axial direction 210 and the direction of a resulting force vector of the axial force acting on the rotary coupling element 202 and the radial force acting on the rotary coupling element 202.
Günstig kann es sein, wenn Drehkopplungselemente 202 der zwei weiteren Drehkopplungsabschnitte 198, welche an dem Innenbehälter 168 angeordnet sind, in der axialen Richtung 210 relativ zu Drehkopplungselementen 200 der zwei weiteren Drehkopplungsabschnitte 198, welche an dem Stützkörper 166 angeordnet sind, verlagerbar sind. It can be favorable if rotary coupling elements 202 of the two further rotary coupling sections 198, which are arranged on the inner container 168, can be displaced in the axial direction 210 relative to rotary coupling elements 200 of the two further rotary coupling sections 198, which are arranged on the support body 166.
Der Innenbehälter 168 stützt sich in der axialen Richtung 210 mittels der Drehkopplungselemente 202 der zwei weiteren Drehkopplungsabschnitte 198, welche an dem Innenbehälter 168 angeordnet sind, insbesondere nicht an den Drehkopplungselementen 200 der zwei weiteren Drehkopplungsabschnitte 198 ab, welche an dem Stützkörper 166 angeordnet sind. The inner container 168 is supported in the axial direction 210 by means of the rotary coupling elements 202 of the two further rotary coupling sections 198, which are arranged on the inner container 168, in particular not on the rotary coupling elements 200 of the two further rotary coupling sections 198, which are arranged on the support body 166.
Die zwei weiteren Drehkopplungsabschnitte 198 bilden dabei vorzugsweise ein axiales Loslager. The two further rotary coupling sections 198 preferably form an axial floating bearing.
Vorzugsweise kann mittels der zwei weiteren Drehkopplungsabschnitte 198 eine freie axiale Wärmedehnung des Innenbehälters 168 ermöglicht werden. Günstig kann es ferner sein, wenn Drehkopplungselemente 202 der Drehkopp lungsabschnitte 196, 198, welche an dem Innenbehälter 168 angeordnet sind, in der radialen Richtung 192 relativ zu Drehkopplungselementen 200 der Drehkopplungsabschnitte 196, 198, welche an dem Stützkörper 166 ange ordnet sind, verlagerbar sind. Preferably, free axial thermal expansion of the inner container 168 can be made possible by means of the two further rotary coupling sections 198. It can also be favorable if rotary coupling elements 202 of the rotary coupling sections 196, 198, which are arranged on the inner container 168, can be displaced in the radial direction 192 relative to rotary coupling elements 200 of the rotary coupling sections 196, 198, which are arranged on the support body 166 .
Der erste Drehkopplungsabschnitt 196 und die zwei weiteren Drehkopplungs abschnitte 198 bilden dabei insbesondere ein radiales Loslager. The first rotary coupling section 196 and the two further rotary coupling sections 198 in particular form a radial floating bearing.
Günstig kann es sein, wenn an dem Innenbehälter 168 angeordnete Dreh kopplungselemente 202 der zwei weiteren Drehkopplungsabschnitte 198 jeweils zwei Führungsflächen 212 umfassen, wobei jeweils ein an dem Stütz körper 166 angeordnetes Drehkopplungselement 200 der zwei weiteren Dreh kopplungsabschnitte 198 zwischen den zwei Führungsflächen 212 geführt ist. It can be favorable if rotary coupling elements 202 of the two further rotary coupling sections 198 arranged on the inner container 168 each comprise two guide surfaces 212, one rotary coupling element 200 of the two further rotary coupling sections 198 arranged on the support body 166 being guided between the two guide surfaces 212.
Vorzugsweise kann dadurch, dass an dem Innenbehälter 168 angeordnete Drehkopplungselemente 202 der zwei weiteren Drehkopplungsabschnitte 198 jeweils zwei Führungsflächen 212 umfassen, zwischen welchen jeweils ein an dem Stützkörper 166 angeordnetes Drehkopplungselement 200 der zwei weiteren Drehkopplungsabschnitte 198 angeordnet ist, ein Verklemmen der Drehkopplungselemente 200, 202 aufgrund von Wärmedehnung verhindert werden. Preferably, the fact that rotary coupling elements 202 of the two further rotary coupling sections 198 arranged on the inner container 168 each comprise two guide surfaces 212, between which a rotary coupling element 200 of the two further rotary coupling sections 198 arranged on the support body 166 is arranged, jamming of the rotary coupling elements 200, 202 due to can be prevented from thermal expansion.
Die zwei Führungsflächen 212 der Drehkopplungselemente 202 der zwei weiteren Drehkopplungsabschnitte 198 sind vorzugsweise parallel zueinander und/oder parallel zu der axialen Richtung 210 und/oder parallel zu der radialen Richtung 192 angeordnet. The two guide surfaces 212 of the rotary coupling elements 202 of the two further rotary coupling sections 198 are preferably arranged parallel to one another and / or parallel to the axial direction 210 and / or parallel to the radial direction 192.
Vorzugsweise kann durch eine derartige Anordnung der zwei Führungsflächen 212 der Drehkopplungselemente 202 der zwei weiteren Drehkopplungsab schnitte 198 ermöglicht werden, dass Drehkopplungselemente 202 der Dreh kopplungsabschnitte 198, welche an dem Innenbehälter 168 angeordnet sind, in der radialen Richtung 192 relativ zu Drehkopplungselementen 200 der Drehkopplungsabschnitte 198, welche an dem Stützkörper 166 angeordnet sind, verlagerbar sind. Preferably, by such an arrangement of the two guide surfaces 212 of the rotary coupling elements 202 of the two further rotary coupling sections 198 it can be made possible that rotary coupling elements 202 of the rotary coupling sections 198, which are arranged on the inner container 168, in the radial direction 192 relative to the rotary coupling elements 200 of the Rotary coupling sections 198, which are arranged on the support body 166, are displaceable.
Vorzugsweise kann dadurch ferner ermöglicht werden, dass Drehkopplungs elemente 202 der zwei weiteren Drehkopplungsabschnitte 198, welche an dem Innenbehälter 168 angeordnet sind, in der axialen Richtung 210 relativ zu Drehkopplungselementen 200 der zwei weiteren Drehkopplungsabschnitte 198, welche an dem Stützkörper 166 angeordnet sind, verlagerbar sind. In this way, it can preferably also be made possible that rotary coupling elements 202 of the two further rotary coupling sections 198, which are arranged on the inner container 168, can be displaced in the axial direction 210 relative to rotary coupling elements 200 of the two further rotary coupling sections 198, which are arranged on the support body 166 .
Die Drehkopplungselemente 200, welche an dem Stützkörper 166 angeordnet sind, umfassen vorzugsweise ein Führungselement 223, welches zwischen die zwei Führungsflächen 212 eines jeweiligen an dem Innenbehälter 168 ange ordneten Drehkopplungselements 168 hineinragt. The rotary coupling elements 200, which are arranged on the support body 166, preferably comprise a guide element 223, which protrudes between the two guide surfaces 212 of a respective rotary coupling element 168 arranged on the inner container 168.
Das Führungselement 223 der an dem Stützkörper 166 angeordneten Dreh kopplungselemente 200 ist insbesondere ein inneres Führungselement. The guide element 223 of the rotary coupling elements 200 arranged on the support body 166 is in particular an inner guide element.
Die zwei Führungsflächen 212 der an dem Innenbehälter 168 angeordneten Drehkopplungselemente 202 bilden insbesondere ein äußeres Führungsele ment. The two guide surfaces 212 of the rotary coupling elements 202 arranged on the inner container 168 form, in particular, an outer guide element.
Vorzugsweise ist das Führungselement 223 der an dem Stützkörper 166 ange ordneten Drehkopplungselemente 200 auf seinen den Führungsflächen 212 zugewandten Seiten konvex ausgebildet. The guide element 223 of the rotary coupling elements 200 arranged on the support body 166 is preferably convex on its sides facing the guide surfaces 212.
Beispielsweise ist es denkbar, dass das Führungselement 223 der an dem Stützkörper 166 angeordneten Drehkopplungselemente 200 im Wesentlichen kugelförmig ausgebildet ist. For example, it is conceivable that the guide element 223 of the rotary coupling elements 200 arranged on the support body 166 is essentially spherical.
Der erste Drehkopplungsabschnitt 196 und die zwei weiteren Drehkopplungs abschnitte 198 umfassen vorzugsweise jeweils ein oder mehrere zeichnerisch nicht dargestellte radiale Anschlagelemente, welche eine radiale Verlagerung der Drehkopplungselemente 202, welche an dem Innenbehälter 168 ange ordnet sind, relativ zu den Drehkopplungselementen 200, welche an dem Stützkörper 166 angeordnet sind, begrenzen. The first rotary coupling section 196 and the two further rotary coupling sections 198 preferably each include one or more radial stop elements, not shown in the drawing, which allow a radial displacement the rotary coupling elements 202, which are arranged on the inner container 168, relative to the rotary coupling elements 200 which are arranged on the support body 166, limit.
Vorzugsweise ist jeweils ein radiales Anschlagelement in die an dem Stütz körper 166 angeordneten Drehkopplungselemente 200 und/oder in die an dem Innenbehälter 168 angeordneten Drehkopplungselemente 202 eines jeweiligen Drehkopplungsabschnitts 196, 198 integriert. A radial stop element is preferably integrated in each of the rotary coupling elements 200 arranged on the support body 166 and / or in the rotary coupling elements 202 arranged on the inner container 168 of a respective rotary coupling section 196, 198.
Die radialen Anschlagelemente sind vorzugsweise derart angeordnet und/oder ausgerichtet sind, dass eine radiale Verlagerung der Drehkopplungselemente 202, welche an dem Innenbehälter 168 angeordnet sind, relativ zu den Dreh kopplungselementen 200, welche an dem Stützkörper 166 angeordnet sind, erst bei Erreichen einer maximalen Betriebstemperatur der Wärmeübertrager vorrichtung 158 begrenzt wird. The radial stop elements are preferably arranged and / or aligned such that a radial displacement of the rotary coupling elements 202, which are arranged on the inner container 168, relative to the rotary coupling elements 200, which are arranged on the support body 166, only when a maximum operating temperature is reached the heat exchanger device 158 is limited.
Vorzugsweise umfasst die Heizkammer 160 ein Isolationsmaterial 224, welches zwischen dem Stützkörper 166 und dem Innenbehälter 168 ange ordnet ist. The heating chamber 160 preferably comprises an insulation material 224 which is arranged between the support body 166 and the inner container 168.
Das Isolationsmaterial 224 ist dabei insbesondere in einem Spalt 226 zwischen dem Stützkörper 166 und dem Innenbehälter 168 angeordnet. The insulation material 224 is arranged in particular in a gap 226 between the support body 166 and the inner container 168.
Günstig kann es insbesondere sein, wenn eine Isolationsschicht 228 aus dem Isolationsmaterial 224 an dem Stützkörper 166 angeordnet, insbesondere an diesem festgelegt, ist und eine dem Innenbehälter 168 zugewandte innere Oberfläche des Stützkörpers 166 im Wesentlichen vollständig abdeckt. It can be particularly favorable if an insulation layer 228 made of the insulation material 224 is arranged on the support body 166, in particular fixed to it, and essentially completely covers an inner surface of the support body 166 facing the inner container 168.
Günstig kann es ferner sein, wenn das Isolationsmaterial 224 ein erstes Isola tionsmaterial, beispielsweise Glaswolle, Silikatwolle oder eine Aluminiumoxid faser, umfasst und/oder wenn das Isolationsmaterial 224 ein zweites Isola tionsmaterial, beispielsweise ein nanoporöses Isolationsmaterial, umfasst. Durch eine Anordnung des Isolationsmaterials 222 an dem Stützkörper 166 kann vorzugsweise eine mechanische Belastung des Isolationsmaterials 222 reduziert werden, beispielsweise eine mechanische Belastung aufgrund von Walkbewegungen. Vorzugsweise kann durch eine Reduktion der mechanischen Belastung des Isolationsmaterials 222 eine Haltbarkeit und/oder Lebensdauer des Isolationsmaterials 222 verlängert werden. It can also be favorable if the insulation material 224 comprises a first insulation material, for example glass wool, silicate wool or an aluminum oxide fiber, and / or if the insulation material 224 comprises a second insulation material, for example a nanoporous insulation material. By arranging the insulation material 222 on the support body 166, a mechanical load on the insulation material 222 can preferably be reduced, for example a mechanical load due to flexing movements. Preferably, by reducing the mechanical load on the insulation material 222, a durability and / or service life of the insulation material 222 can be lengthened.
Um das Isolationsmaterial 224 mit dem Stützkörper 166 zu verbinden, hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, zunächst das Isolationsmaterial 224 an dem Stützkörper 166 anzuordnen. In order to connect the insulation material 224 to the support body 166, it has been found to be advantageous to initially arrange the insulation material 224 on the support body 166.
Das Isolationsmaterial 224 wird dabei insbesondere an der dem Innenbehälter 168 zugewandten inneren Oberfläche des Stützkörpers 166 festgelegt. The insulation material 224 is in particular fixed to the inner surface of the support body 166 facing the inner container 168.
Anschließend wird insbesondere der Innenbehälter 168 in dem Stützkörper 166 angeordnet. Subsequently, the inner container 168 in particular is arranged in the support body 166.
Vorzugsweise werden anschließend die Drehkopplungselemente 202 des ersten Drehkopplungsabschnitts 196 und der zwei weiteren Drehkopplungs abschnitte 198 an dem Innenbehälter 168 angeordnet. The rotary coupling elements 202 of the first rotary coupling section 196 and of the two further rotary coupling sections 198 are then preferably arranged on the inner container 168.
Die Drehkopplungselemente 202, welche an dem Innenbehälter 168 ange ordnet werden, werden vorzugsweise über jeweils eine Öffnung 230 in dem Stützkörper 166 an dem Innenbehälter 168 angeordnet, welche insbesondere in einer Mantelfläche des Stützkörpers 166 angeordnet ist (vergl. Fig. 5). The rotary coupling elements 202, which are arranged on the inner container 168, are preferably arranged on the inner container 168 via an opening 230 in the support body 166, which is in particular arranged in a lateral surface of the support body 166 (see FIG. 5).
Vorzugsweise werden anschließend die Drehkopplungselemente 200 des ersten Drehkopplungsabschnitts 196 und der zwei weiteren Drehkopplungs abschnitte 198 an dem Stützkörper 166 angeordnet. The rotary coupling elements 200 of the first rotary coupling section 196 and of the two further rotary coupling sections 198 are then preferably arranged on the support body 166.
Günstig kann es dabei sein, wenn eine jeweilige Öffnung 230 in dem Stütz körper 166 beim Anordnen eines jeweiligen Drehkopplungselements 200 an dem Stützkörper 166 verschlossen wird, insbesondere mittels einer Ver schlussplatte 232. It can be favorable here if a respective opening 230 in the support body 166 when a respective rotary coupling element 200 is arranged the support body 166 is closed, in particular by means of a closure plate 232.
Der Winkel 218 ist insbesondere derart gewählt, dass bei einem Lastwechsel aufgrund einer Rotation der Heizkammer 160 in Richtung des in Fig. 8 darge stellten Pfeils 234 ein Wechsel der Führungsfläche 212 und der Abstützfläche 216 erfolgt, welche die von dem Führungselement 223 übertragenen Kräfte aufnehmen. The angle 218 is selected in particular such that in the event of a load change due to a rotation of the heating chamber 160 in the direction of the arrow 234 shown in FIG.
Vorzugsweise nehmen einander gegenüberliegende Führungsflächen 212 und Abstützflächen 216 die von dem Führungselement 223 übertragenen Kräfte jeweils abwechselnd auf. Preferably, mutually opposite guide surfaces 212 and support surfaces 216 alternately absorb the forces transmitted by the guide element 223.
Insbesondere ist es dabei denkbar, dass bei einer Abwärtsbewegung, welche beispielsweise in Fig. 8 im linken Bereich der Heizkammer 160 erfolgt, die Kräfte im Wesentlichen von der in Fig. 11 gezeigten rechten Führungsfläche 212 und der rechten Abstützfläche 216 aufgenommen werden. In particular, it is conceivable that during a downward movement, which takes place in the left area of the heating chamber 160 in FIG. 8, for example, the forces are essentially absorbed by the right guide surface 212 shown in FIG. 11 and the right support surface 216.
Bei einer Aufwärtsbewegung, welche beispielsweise in Fig. 8 im rechten Bereich der Heizkammer 160 erfolgt, werden die Kräfte vorzugsweise im Wesentlichen von der in Fig. 12 gezeigten linken Führungsfläche 212 und der linken Abstützfläche 216 aufgenommen. During an upward movement, which takes place in the right region of the heating chamber 160 in FIG. 8, for example, the forces are preferably essentially absorbed by the left guide surface 212 shown in FIG. 12 and the left support surface 216.
Durch einen Wechsel der die Kräfte aufnehmenden Führungsflächen 212 am den zwei weiteren Drehkopplungsabschnitten 198 kann vorzugsweise eine reibungsfreie Wärmedehnung in radialer Richtung gewährleistet werden. By changing the guide surfaces 212 absorbing the forces on the two further rotary coupling sections 198, friction-free thermal expansion in the radial direction can preferably be ensured.
Vorzugsweise kann durch einen entsprechenden Wechsel der die Kräfte auf nehmenden Führungsflächen 212 und Abstützflächen 216 eine reibungsfreie Wärmedehnung in radialer Richtung auch am ersten Drehkopplungsabschnitt 196 gewährleistet werden. Somit kann mittels des ersten Drehkopplungsabschnitts 196 und mittels der zwei weiteren Drehkopplungsabschnitte 198 insbesondere eine freie radiale Wärmedehnung des Innenbehälters 168 ermöglicht werden. Preferably, a friction-free thermal expansion in the radial direction can also be ensured on the first rotary coupling section 196 by a corresponding change in the guide surfaces 212 and support surfaces 216 that absorb the forces. Thus, by means of the first rotary coupling section 196 and by means of the two further rotary coupling sections 198, in particular free radial thermal expansion of the inner container 168 can be made possible.
Durch eine freie axiale Wärmedehnung und/oder durch eine freie radiale Wärmedehnung des Innenbehälters 168 kann im Betrieb der Wärmeüber tragervorrichtung 158 vorzugsweise eine gleichmäßige Verformung des Innen behälters 158 aufgrund von Wärmedehnung ermöglicht werden. By free axial thermal expansion and / or by free radial thermal expansion of the inner container 168, a uniform deformation of the inner container 158 due to thermal expansion can preferably be made possible during operation of the heat transfer device 158.
Insbesondere kann dabei ein Ausbeulen des Innenbehälters 168 verhindert werden. In particular, the inner container 168 can be prevented from bulging.
Durch eine gleichmäßige Verformung des Innenbehälters 168 aufgrund von Wärmedehnung kann insbesondere eine gleichmäßige Verteilung des Wärme trägermediums im Betrieb der Wärmeübertragervorrichtung 158 gewährleistet werden. A uniform deformation of the inner container 168 due to thermal expansion can ensure, in particular, a uniform distribution of the heat transfer medium when the heat transfer device 158 is in operation.
Vorzugsweise können dabei lokale Hotspots verhindert werden, welche bei spielsweise zu einem Durchbrennen des Innenbehälters 168 führen können. Preferably, local hotspots can be prevented, which can lead to the inner container 168 burning through, for example.
Günstig es ferner sein, wenn durch eine freie axiale und/oder radiale Wärme dehnung des Innenbehälters 168 eine Haltbarkeit und/oder Lebensdauer der Wärmeübertragervorrichtung 158 verlängert werden kann. It can also be beneficial if a free axial and / or radial thermal expansion of the inner container 168 can extend the durability and / or service life of the heat transfer device 158.
Erfindungsgemäß kann vorzugsweise eine Wärmeübertragervorrichtung 158 bereitgestellt werden, welche einfach und kostengünstig herstellbar ist und welche insbesondere einen hohen Wirkungsgrad und eine verlängerte Haltbar keit aufweist. Bezugszeichenliste solarthermisches KraftwerkAccording to the invention, a heat transfer device 158 can preferably be provided which can be produced simply and inexpensively and which in particular has a high degree of efficiency and a longer shelf life. List of reference symbols for solar thermal power plant
Heliostatenfeld Heliostat field
Heliostat Heliostat
Spiegelfläche Mirror surface
SolarstrahlungSolar radiation
SolarstrahlungsempfängervorrichtungSolar radiation receiving device
Solarstrahlung Solar radiation
Turmreceiver Tower receiver
Turm tower
Boden erster Kreislauf Soil first cycle
Wärmeübertrager Heat exchanger
HochtemperaturzweigHigh temperature branch
Niedertemperaturzweig Low temperature branch
Ausgang exit
Eingang entry
Ausgang exit
Eingang zweiter Kreislauf Wärmespeicher Wärmespeicher Turbine elektrischer GeneratorInput second circuit heat storage heat storage turbine electrical generator
Hochtemperaturzweig High temperature branch
Ausgang exit
Niedertemperaturzweig Low temperature branch
Kondensator capacitor
Eingang entry
Pumpe pump
Wärmeübertragervorrichtung Heizkammer Heat exchanger device Heating chamber
Drehantriebsvorrichtung Rotary drive device
Zuführvorrichtung Feeding device
Stützkörper Support body
Innenbehälter Inner container
Wandung Wall
Außenmantel Outer jacket
Innenmantel Inner jacket
Innenraum inner space
Drehachse Axis of rotation
Durchmesser unteres Ende Lower end diameter
Eintrittsöffnung Inlet opening
Ei nkopplungsbe reich Coupling area
Auskopplungsbereich oberes Ende radiale Richtung Outcoupling area upper end radial direction
Drehkopplungsvorrichtung erster Drehkopplungsabschnitt weiterer DrehkopplungsabschnittRotary coupling device, first rotary coupling section, further rotary coupling section
DrehkopplungselementRotary coupling element
Drehkopplungselement stützkörperseitiges Drehkopplungselement innenbehälterseitiges DrehkopplungselementRotary coupling element support body-side rotary coupling element inner container-side rotary coupling element
Stützring axiale Richtung Support ring in the axial direction
Führungsfläche axiales Anschlagelement Guide surface axial stop element
Abstützfläche Support surface
Winkel angle
Ebene level
Ebene level
Führungselement Isolationsmaterial Spalt Isolationsmaterial Öffnung Verschlussplatte Pfeil Schwerkraftrichtung Guide element Insulation material gap Insulation material opening Closing plate Arrow direction of gravity
Claims
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| PCT/EP2020/063866 WO2021233526A1 (en) | 2020-05-18 | 2020-05-18 | Heat exchanger device, method for operating a heat exchanger device, and method for producing a heat exchanger device |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/EP2020/063866 WO2021233526A1 (en) | 2020-05-18 | 2020-05-18 | Heat exchanger device, method for operating a heat exchanger device, and method for producing a heat exchanger device |
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| WO2021233526A1 true WO2021233526A1 (en) | 2021-11-25 |
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|---|---|---|---|
| PCT/EP2020/063866 Ceased WO2021233526A1 (en) | 2020-05-18 | 2020-05-18 | Heat exchanger device, method for operating a heat exchanger device, and method for producing a heat exchanger device |
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